edicion numero 31 año 2010

COMITÉ EDITORIAL

Comité de InvestigacionesFacultad de Ingeniería Civil

PresidenteAry Fernando Bustamante Muñoz

M.Sc., Cornell UniversityDirector Instituto de Posgrados en

Ingeniería Civil, IPIC

José Fernando Sánchez OrdoñezCandidato a Ph.D., Universidad

Politécnica de MadridProfesor Departamento

de Vías y Transporte

Julio César Diago FrancoM.Sc. en estructuras, Luois State University

Decano Facultad de Ingeniería Civil

Carlos César Cabezas CórdobaM.Sc. en Ingeniería Química, Univ. Valle

Profesor Departamento de Ingeniería Ambiental y Sanitaria

Carlos Armando Gallardo BarreraM.Sc. en Ingeniería Civil,

New Mexico State UniversityProfesor Departamento de HidráulicaCoordinador Revista “Ingeniería Hoy”

COMITÉ EDITORIALNACIONAL

Lilian Posada. Ph.D. Profesora escuela de Geotecnia y Medio

Ambiente. Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín. [email protected]

Germán Urdaneta Hernández. Ingeniero Civil, especialista en

estructuras Metálicas, Construcción y Licitación.

[email protected]

COMITÉ EDITORIAL INTERNACIONAL

Arnaldo Carrasco GraciaIng Civil, M.Sc. Ingenieria de Costas, [email protected], ecuador,

Consultor Portuario y Profesor de la Universidad NavalDouglas Saragno Julia

Ing Mecánico de Fluidos, M.Sc. en Ingeniería de Recursos Hídricos, [email protected], Perú,

Universidad mayor de San MarcosJuan José Sandoval

Ing Civil, M.Sc. Recursos Hidráulicos, [email protected] y [email protected], Guatemala.

Profesor de la escuela Regional de Ingeniería Sanitaria y Recursos Hidráulicos, de la Facultad de Ingeniería de la

Universidad de San Carlos de Guatemala y Subjefe de la División de obras y Contratos en la Gerencia de electrificación Rural y Obras del Instituto Nacional de electrificación -INDe-

Juan Manuel DiezIngeniero Forestal, [email protected], españa,

Universidad Politécnica de Madrid. Ph. DMarta Lidia Samayoa Gutiérrez de Hernández

Ing Civil, Maestría en Recursos Hidrá[email protected],

Guatemala, Coordinadora de educación Contínua escuela Regional de Ingeniería Sanitaria y Recursos Hidráulicos- eRIS-

Maria Castro Malpica. [email protected], españa, Universidad Politécnica de Madrid

PAUL GARNICA ANGUAS. [email protected], México, Instituto Mexicano de Transporte

Teresa Velásquez BejaranoM.Sc. Ing Agrícola,

[email protected], Perú, Universidad Nacional Agraria La Molina

Dirección Revista Facultad de Ingeniería Civil - Universidad del Cauca

Calle 5 No. 4 -70 Instituto de Posgrado IPIC Popayán, Colombia

Dirección electró[email protected]

ReVISTA INGeNIeRíA HOy No.31 / DICIeMbRe 2009 PUbLICACIóN SeMeSTRALFacultad de Ingeniería Civil - Universidad del Cauca - Popayán, Colombia

ISSN 0121 - 392 XLicencia del Ministerio de Gobierno

Resolución No. 4257 de 1991

DIAGRAMACIÓN E IMPRESIÓN

Taller EditorialUniversidad del Cauca

PORTADAReactor de manto de lodos, planta de potabilización Puerto Mallarino, Cali

Ing. Julio César Gil Solanoespecialista en Ingeniería Ambiental y Sanitaria

COLAbORADORA

Diana Carolina Guzmán Ortizestudiante Ingeniería Ambiental

UNIVERSIDAD DEL CAUCA Rector

DANILO REINALDO VIVAS RAMOS

Vicerrector AcadémicoALVARO HURTADO TEJADA

Vicerrector AdministrativoJUAN MANUEL QUIÑONEZ PINZÓN

Vicerrector de InvestigacionesEDUARDO ROJAS PINEDA

Vicerrector de Cultura y Bienestar CRISTINA MARÍA SIMMONDS MUÑOZ

Secretaria GeneralLAURA ISMENIA CASTELLANOS VIVAS

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVILDecano

JULIO CÉSAR DIAGO FRANCO

Secretario GeneralMILTON FABIÁN DÍAZ MOSQUERA

Director Instituto de Estudios de PosgradoARY FERNANDO BUSTAMANTE MUÑOZ

JEFES DE DEPARTAMENTO

Construcción: GUSTAVO ANGEL DE VERA Estructuras: HOMERO ERAZO FRANCO

Geotecnia: EUGENIO CHAVARRO BARRETOHidráulica: CARLOS ARMANDO GALLARDO BARRERA

Ingeniería Ambiental y Sanitaria: PAULO MAURICIO ESPINOSA ECHEVERRYVías y Transporte: EFRAIN DE JESUS SOLANO FAJARDO

Estructuras: HOMERO ERAZO FRANCOGeotecnia: EUGENIO CHAVARRO BARRETO

Hidráulica: CARLOS ARMANDO GALLARDO BARRERAIngeniería Ambiental y Sanitaria: PAULO MAURICIO ESPINOSA ECHEVERRY

Vías y Transporte: EFRAIN DE JESUS SOLANO FAJARDO

COMITÉ EVALUADOR

Alexandra Rosas Palomino, especialista en Vías Terrestres – Univ. Cauca, especialista en Ingeniería de Construcción – Univ. Cauca, Profesora Departamento de Vías y Transporte, Univ. Cauca

Guillermo Chaux Figueroa, especialista en Ingeniería Ambiental y Sanitaria – Univ. Valle, Profesor Departamento de Ingeniería Ambiental y Sanitaria, Univ. Cauca

John Calderón Ramírez, especialista en Política y Desarrollo Ambiental – Univ. Cauca, M.Sc. Ingeniería Sanitaria – Univ. Nacional de ColombiaProfesor Departamento de Ingeniería Ambiental y Sanitaria, Univ. Cauca

Julia Eugenia Ruíz de Murgueitio, M.Sc. en Ingeniería de Vías - Univ. Cauca, Profesora Departamento de Geotecnia, Univ. CaucaMargarita Polanco de Hurtado, M.Sc. en Geotecnia – New Mexico University

Profesora Departamento de Geotecnia, Univ. CaucaLuis Jorge González Muñoz, especialista Ambiental – Univ. Iberoamericana, bogotá, Profesor Departamento de Hidráulica, Univ. Cauca

Alberto José Caldas Constaín, especialista en Ingeniería de Regadíos – Univ. Cauca, Profesor Departamento de Hidráulica, Univ. CaucaJavier Ernesto Fernández Mera, Candidato Ph.D. Ingeniería Ambiental y Sanitaria – Univ. Valle, Profesor

Departamento de Ingeniería Ambiental y Sanitaria, Univ. CaucaJohn Jainer Galarza Zambrano,Geógrafo M.Sc. en Desarrollo Sustentable – Univ. Valle,

Profesor Facultad de Ciencias Humanas y Sociales, Univ. Cauca

UNIVeRSIDAD DeL CAUCAFACULTAD De INGeNIeRíA CIVIL

INSTRUCCIONeS PARA LA PReSeNTACIóN De ARTíCULOS DeSTINADOS A SeR PUbLICADOS eN LA ReVISTA INGeNIeRíA HOy

1. Originalidad, el aporte debe ser totalmente inédito, no publicado todo o en parte en ninguna otra publicación, excepto casos muy justificados.

2. Consistencia metodológica, en donde se haga evidente el uso de métodos y técnicas de investigación válidos.

3. Significación del asunto tal que informe o ilumine cuestiones relevantes en el sector ingenieril

4. Impacto que se pueda predecir para un amplio sector de la academia, la investigación y estudiantes.

5. Avance del campo, en el cual sea claro y evidente el aporte a consi-deraciones y prácticas de mejora en el campo de investigación de la ingeniería

6. Consideraciones éticas.7. La extensión de los artículos debe ser de mínimo cuatro (4) páginas

y máximo de veinte (20) páginas tamaño carta (21,59 cm. de ancho y 27,94 cm. de alto), escritas con un interlineado sencillo y su contenido en doble columna (medida de la columna 7,5 cm), letra Arial de 12 puntos, márgenes de 3 cm. en los bordes superior, 3 cm.en la inferior y 2 cm. en las márgenes laterales derecha e izquierda. Las notas de pie de páginas deben estar escritas con letra Times New Roman de 8 puntos y se deben ubicar justificadas al margen izquierdo, en la parte inferior.

8. estilo de redacción claro, conciso y ordenado; se evitarán jergas personales y expresiones locales.

9. el documento debe cumplir con la siguiente estructura: Introducción, metodología, Análisis de resultados, conclusiones y bibliografía. - La introducción debe resaltar la importancia de la investigación,

presentar la literatura relacionada y entregar antecedentes nece-sarios para comprender la hipótesis de los autores; terminar con un párrafo que indica claramente los objetivos de la investigación.

- la metodología debe tener suficiente información que permita a otro investigador repetir el ensayo y lograr los mismos resultados; el diseño experimental y el análisis estadístico deben quedar claramente establecidos.

- en el análisis de resultados se recomienda apoyarlo con cuadros y figuras, y con el correspondiente análisis estadístico, y los antecedentes de otros investigadores.

- Las conclusiones deben redactarse de acuerdo con los objetivos de la investigación, igualmente debe explicar en términos claros los principales resultados de la investigación. Se recomienda aclarar si los resultados no tienen implicaciones.

10. el título del artículo debe hacer referencia al contenido de una forma clara y concisa, no debe exceder las 15 palabras; si ello no es posible deberá incluir un subtítulo. Debe escribirse en minuscula e incluir una traducción en inglés. el nombre del autor o autores debe ir debajo del título en minúscula, negrita e incluir primer y segundo nombre si lo tiene y primer apellido además del correo electrónico. en nota de pie de página se indicarán respectivamente los títulos académicos y la Institución a la cual pertenece,

11. el resumen escrito en inglés (abstract) y español debe ser conciso, escrito en un solo párrafo sin exceder las 500 palabras. Incluirá la justificación, objetivos, metodología, resultados precisos y conclusiones de la investigación haciendo énfasis en los logros alcanzados, además indicará los límites de la validez y las implicaciones de los resultados. el contenido del resumen debe estar justificado a ambos lados, debajo del título. Abajo del mismo a espacio y medio debe ir acompañado de mínimo dos (2) palabras clave y máximo de ocho (8) palabras clave, el título Palabras Clave debe ir en altibajas con dos puntos todo en negrilla justificado.

Las palabras deben ubicarse al lado del titulo a un espacio; la primera

letra de la primera palabra debe ir en mayúscula, el resto de las palabras en minúscula todas justificada.

12. La bibliografía debe ubicarse al final del artículo en las respectivas columnas. entre una y otra referencia debe existir un espacio e ir enumeradas en orden alfabético. Para libros, folletos e informes deben estar escritas así:a) Autor(es): Se escribe(n) en mayúscula sostenida. Después de

escribir el autor se debe colocar punto. en el autor se presentan cuatro casos: un autor, dos autores, tres autores, o más de tres autores, se deben escribir así:

VIDAL, Fabián. (un autor) VIDAL, Fabián y yAyA, Alirio. (dos autores) VIDAL, Fabián; yAyA, Alirio y SOTO, edwin. (tres autores). VIDAL, Fabián et al. (Más de tres autores).b) Título: Se escribe después del punto que sigue del año, se separa

de este por dos espacios y entre comillas. La primera letra del título se escribe con mayúscula, así como la de nombres propios, instituciones o en los casos que el idioma lo establezca.

c) Subtítulo: Se coloca después del título, separado de éste por un espacio, dos puntos, un espacio, y se finaliza con punto.

d) Número de la edición: Se coloca a continuación del punto del título o del subtítulo si lo hay, separado por dos espacios, y se escribe con números arábigos y seguidos de la abreviatura ed.

e) Pie de imprenta: Consta de los siguientes elementos que se escriben en el mismo orden, después de punto y dos espacios que siguen a la abreviatura de la edición: Lugar de la publicación (seguido de dos puntos); Nombre del editor o de la imprenta sino existe el editor y punto. Seguido de coma; Año de publicación (seguido de punto).

f) Paginación: La paginación se escribe en números arábigos y se separa del nombre de editor o imprenta por punto y dos espa-cios. Comprende el número total de páginas, el número total de volúmenes o solamente las páginas o volúmenes consultados.

g) Serie o colección: Cuando el documento forma parte de una serie o colección la mención se coloca entre paréntesis, separada del título por un punto y dos espacios así: número del libro, folleto o informe dentro de la serie, en números arábigos precedido por la abreviatura no, escrita con minúsculas y separada del título por un espacio, punto y coma (;) y un espacio.

h) ISbN (opcional): Si el libro tiene ISbN opcionalmente puede colocarse. Si se hace, debe ser la siguiente manera: ejemplo:

GARCíA MÁRQUeZ, Gabriel. 1984. “Cien años de soledad”. bo-gotá: La Oveja Negra. 347 p. (biblioteca de Literatura Colombiana; no.1). ISbN 84-8280-401-4.

13. La bibliografía para TeSIS y otros TRAbAJOS De GRADO deben escribirse así: ejemplo:

CARDONA VILLADIeGO, Carlos José y RAMOS RUíZ, efraín Andrés. efecto de cuatro distancias de siembra sobre la morfología y los ren-dimientos en la habichuela (Vigna sesquipedalis L. Fruwh). Montería, 1985. 141 p. Trabajo de grado (Ingeniero Agrónomo). Universidad de Córdoba. Facultad de Ingeniería Agronómica.

14. Las referencias bibliográficas para PONeNCIAS eN CONGReSOS, CONFeReNCIAS, ReUNIONeS se deben escribir así:

ejemplos:CHARUM, Alfonso. La educación como una de las bases para sociedad informatizada del año 2000. en: CONGReSO DeL SISTeMA DOCUMeNTACIóN PARA LA eDUCACIóN SUPeRIOR. (6º.: 1982 : bogotá). Ponencias del VI Congreso del Sistema de Información y Documentación para la educación Superior. bogotá: Conciencias, 1987. 302 p.

SIeRRA bARReNeCHe, enrique. el control total de la calidad. en: SeMINARIO INTeRNACIONAL SObRe GeSTIóN De CALIDAD y PRODUCTIVIDAD COMO eSTRATeGIA De DeSARROLLO. Memorias del 1 Seminario Internacional sobre Gestión de Calidad y Productividad. bogotá: DNP, 1990. p. 65-87.

15. Las referencias bibliográficas de CONGReSOS, SeMINARIOS O SIMILAReS se debe escribir así:

ejemplo: SeMINARIO De PUbLICACIONeS SeRIADAS. (2º: 1983 : bogotá).

Memorias del II Seminario de Publicaciones Seriadas: Icfes, 1983. 2 v.16. en caso de publicaciones obtenidas en la Web: Apellidos y nombres del

autor y sus colaboradores (si son mas de tres puede escribirse, después de los tres primeros, et al); titulo completo del artículo, nombre de la revista electrónica abreviado, año de publicación, volumen, páginas inicial y final, dirección de la página web.

17. Las tablas y los cuadros deben llevar numeración arábiga de acuerdo con el orden de aparición de los textos. el titulo debe ir en la parte superior y las notas en la parte inferior, todo con letra Arial de 12 puntos.

18. Las fotografías, gráficas, dibujos y esquemas se denominan figuras y deben llevar numeración arábiga de acuerdo con el orden de apari-ción en el texto. Las fotografías se publicarán en blanco y negro en la revista impresa, las originales deben ser nítidas para una buena

impresión y pueden ser a color para que se destaquen en la revista electrónica. Si una figura o tabla ha sido previamente publicada, debe estar acompañada por un permiso del editor para su reproducción y se debe dar crédito a su publicación original. el comité editorial se reserva el derecho de limitar el número de figuras y tablas.

19. La Revista Ingeniería Hoy no asume ninguna responsabilidad por las ideas expuestas por los autores.

20. el autor se compromete a aceptar la revisión del documento por parte del comité editorial o comité asesor y a realizar las correcciones que se sugieran.

21. La Revista Ingeniería Hoy se reserva el derecho de realizar algunas modificaciones en el texto, siempre y cuando no alteren el sentido y contenido del mismo, con el fin de mejorar la redacción y edición del trabajo.

22. el artículo se debe entregar en la OFICINA De POSGRADOS de la Facultad De Ingeniería Civil, grabado en CD en FORMATO WORD, así mismo se deben entregar DOS (2) COPIAS IMPReSAS. Para inves-tigadores fuera de la ciudad o el país se envía por correo electrónico a [email protected] y las copias impresas se pueden enviar por correo postal: a la siguiente dirección: Revista Ingeniería Hoy. Instituto de Posgrados- Facultad de Ingeniería Civil. Universidad del Cauca. Calle 5 No. 4 -70. Popayán (Colombia).

COnTEniDO

7 Editorial ApropósitodelosdiezañosdecreacióndelprogramadeIngenieríaAmbientalenla UniversidaddelCaucaysuimportanciacomoáreadelconocimiento Julio César Diago Franco

9 instrumEntaciónyEstudiodEparámEtrosparaElcálculodElos índicEsdEEscasEzausarEnElordEnamiEntodElascuEncas dElosríosmolinoypisojé DavidA.EnríquezV.;MagdaJ.OrdoñezO.;LuisJ.GonzálezM.

21 EstudiodEfactibilidaddEimplEmEntacióndElpoliclorurodE aluminiocomosustitutodElsulfatodEaluminiotipob,Enlaplanta “Eltablazo”dEpopayán JulioCésarGilSolano.;WilferAlfonsoLópez

35 EstudiodElafiltraciónascEndEntEEngravasEnEltratamiEntodEEfluEntEsdElaproduccióndEtilapiaroja(orEochromissp.)

JavierE.FernándezMera.;MónicaA.Luna;MaríaCarolinaGarcíaGalindo

45 cálculodEcoordEnadasEnElmarcodElnuEvosistEmadErEfErEnciamagna–sirgas

NixonAlexanderCorreaMuñoz

64 aplicacióndElatEoríadElosElEmEntosfinitosEnlaingEniEríadEsuElos

LuzEneidaBotinaMuñoz;LucianoRiveraCaicedo77 diagnósticoypropuEstaparaElusoracionalyEficiEntEdElaguaEn

ElEdificiodEingEniEríadElaunivErsidaddElcauca JulioCésarGilS.;DeisyMaricellaCabezasL.;LeidyAlexandraRojasB.

89 formulacióndElplandEgEstiónintEgraldErEsiduoshospitalariosysimilarEsparalaunidaddEsalud-univErsidaddElcauca

JulyArlethSamboníRubio;PauloM.EspinosaE.

104 gEonotas PatriciaTorresH.

106 hidronotas MaríaElviraGuevaraÁlvarez

COnTEnT

7 Editorial WithregardtothetenyearsofcreationoftheEnvironmentalEngineeringPrograminthe

CaucaUniversityanditsimportancelikeareaoftheknowledge JulioCésarDiagoFranco

9 instrumEntationandstudyofparamEtErsforthEshortagEindExEscalculationforusinginthEbasinsofthErivErsmolinoandpisojé

DavidA.EnríquezV.;MagdaJ.OrdoñezO.;LuisJ.GonzálezM.

21 implEmEntationfEasibilitystudyofaluminumpolycloridEasaluni-mumtypEbsulphatEsubstitutEinthE“Eltablazo”plantofpopayan

JulioCésarGilSolano.;WilferAlfonsoLópez.

35 studyofupflowgravElfiltrationinthEtrEatmEntofEffluEntsfromthErEdtilapiaproduction(orEochromissp.)

JavierE.FernándezMera.;MónicaA.Luna;MaríaCarolinaGarcíaGalindo

45 coordinatEscalculationwithinthEnEwrEfErEncEsystEmmagna-sirgas

NixonAlexanderCorreaMuñoz

64 finitEElEmEntsthEoryapplicationinthEsoilEnginEEring LuzEneidaBotinaMuñoz;LucianoRiveraCaicedo

77 diagnosisandproposalforthErationalandEfficiEntusEofwatErinthEEnginEEringbuildingofthEcaucaunivErsity

JulioCésarGilS.;DeisyMaricellaCabezasL.;LeidyAlexandraRojasB.

89 formulationofmEdicalwastEsmanagEmEntplanandsimilarforthEhEalthunitofthEcaucaunivErsity

JulyArlethSamboníRubio;PauloM.EspinosaE.

104 gEonotas PatriciaTorresH.

106 hidronotas MaríaElviraGuevaraÁlvarez

Editorial

A PROPOSiTO DE LOS DiEZ AÑOS DE CREACiÓn DEL PROGRAMA DE inGEniERiA AMBiEnTAL En LA UniVERSiDAD DEL CAUCA Y SU iMPORTAnCiA COMO ÁREA DEL COnOCiMiEnTO

Julio César Diago Franco*

La Constitución del año 1991 y en especial la Ley 30 de 1992 dan un impulso a la educación Superior, para que este servicio público permita la modernización del sistema educativo colombiano y fortalecer las instituciones universitarias para enfrentar los retos de la globalización con una educación moderna en los albores del Siglo XXI.

Las universidades colombianas empiezan a crecer y a ofrecer nuevos programas dentro de lo que se conoció en el gobierno del Presi-dente Cesar Gaviria Trujillo como la “Apertura Académica” que libera a las Instituciones Universitarias de un engorroso cumplimiento de requisitos, tanto para crear programas como para reformar los ya existentes. Si bien el crecimiento de los programas académicos fue acelerado y algo desordenado, el Gobierno Nacional años después empieza exigir a las universidades calidad en los programas por ellas ofrecidos, ya fuera por los procesos de la Acreditación de Alta Calidad o de Registro Calificado.

La Universidad del Cauca ajustándose a esta política educativa creció en el ofrecimiento de nuevos programas cuidando eso sí, de que estos fueran de calidad. Por fortuna el examen que la universidad ha presentado ante diversos pares ha sido muy satisfactorio por el compromiso de quienes desde la administración académica velan por el programa o de aquellos que desde la docencia imparten ese sello de calidad. Valga decir que la calidad no es un discurso, sino que es algo que un observador desprevenido, al confrontar lo escrito en un documento de autoevaluación con la realidad, encuentra la concordancia entre el dicho y el hecho al verificar en el entorno donde se desarrolla el programa, la materia sujeta de verificación.

en 1999 la Universidad del Cauca presenta en sociedad el programa de Ingeniería Ambiental y permite en el primer período académico del año 2000 la apertura del programa con la admisión de estudiantes al primer semestre de carrera. Diez años han mostrado un programa maduro con un contingente de estudiantes regulares cercano al medio millar con una población mayoritariamente femenina y un Departamento de Ingeniería Ambiental y Sanitaria, adscrito a la Facultad de Ingeniería Civil, integrado por diferentes profesores de diversas profesiones, altamente cualificados, para administrar esta rama tan especial de la ingeniería, sin desconocer, claro está, el apoyo académico de otros Departamentos de la universidad, en especial los de Ciencias básicas.

La Ingeniería Ambiental, como carrera profesional, es relativamente moderna en el mundo de la ingeniería. La Ingeniería Civil, bien entrado el siglo XX, ejerció paternidad sobre esta disciplina de manera que algunos ingenieros se especializaban en temas de sa-neamiento ambiental propiciando con su experticio la creación de las bases de esta carrera que irrumpiría en Colombia en los años setenta, siendo la Universidad de los Andes pionera en la creación de este programa. Al presente, la oferta de la Ingeniería Ambiental en Colombia ha crecido de tal manera que buena parte de las ciudades capitales tienen oferta educativa en esta rama de la ingeniería.

Situar en el siglo XX el inicio de esta profesión no es tarea fácil. Sin embargo habrá que recordar que los pioneros de esta área fueron los ingenieros sanitarios con la construcción de acueductos para llevar agua limpia a las ciudades y de alcantarillados, con sus redes subterráneas, para evacuar las aguas domésticas lejos de los centros urbanos en prevención de enfermedades, como el cólera, que azotaban las grandes ciudades del mundo. Valga el ejemplo de mediados del siglo XIX, cuando la ciudad de Londres construye un sistema de alcantarillado que logró la erradicación de esta terrible enfermedad que hostigaba a la capital del Imperio británico, que por cierto para tal época era la ciudad más poblada del mundo.

Un hecho importante que coincide con el inicio de la Ingeniería Ambiental y que podría decirse que marca el comienzo de esta profesión y de los movimientos ambientalistas, es la publicación del libro “La primavera silenciosa” de la bióloga norteamericana Rachel Carson que advertía sobre el uso indiscriminado de pesticidas que llevó posteriormente al Departamento de Agricultura de los estados Unidos a hacer una estricta revisión del uso de los plaguicidas y a la prohibición en esa nación del uso del DDT, pesticida de gran eficacia que

______________

* DecanoFacultaddeIngenieríaCivil.UniversidaddelCauca.

erradicaba cuenta plaga atacaba los cultivos, pero sus potenciales efectos residuales en la biosfera y en la contaminación de alimentos y fuentes hídricas, obligó a prohibir la producción, comercialización y uso de tal producto químico. Muy a pesar de lo anterior algunas naciones todavía usan este pesticida para combatir plagas como el mosquito que produce la malaria, logrando por un lado satisfac-torios resultados en la prevención del mal pero por el otro lado la incertidumbre de los advertidos resultados nocivos del producto.

Podemos decir que la Ingeniería Ambiental es la reacción a un mundo que está aprendiendo de los desastres ecológicos, consecuencia inevitable de una rápida industrialización. en otras palabras, esta profesión y las demás que la acompañen en este esfuerzo ecológico y ambientalista tienen como propósito, si no armonizar la humanidad con el medio ambiente, al menos mitigar todo proceso antrópico para que el entorno en que vivimos no se vuelva en nuestra contra, procurando mas bien que nuestra vida se beneficie de lo que la naturaleza nos provee para nuestro sostenimiento y confort.

el pasado reciente nos ha recordado de desastres ambientales, muy documentados, como el del pueblo Love Canal en el estado de Nueva york que se erigió sobre un terreno que años atrás una compañía de productos químicos había enterrado miles de toneladas de residuos peligrosos hasta el día que los químicos contaminaron el suelo que los sepultaba y en consecuencia las enfermedades fueron evidentes en los residentes del poblado, obligando al estado de Nueva Cork, en la pasada década de los años setenta, a declarar como zona de emergencia el sitio del “basurero” de los residuos y evacuar toda la población para preservarles la salud y la vida. No había transcurrido siete años de este hecho, cuando en 1984 el mundo se conmociona con la tragedia de bhopal en la India donde una explosión en una planta química colindante con la ciudad libera sustancias tóxicas al aire matando casi cuatro mil personas por inhalación de gases de cianuro mientras dormían.

Los casos anteriores muestran los efectos nocivos de la contaminación del suelo y del aire con consecuencias siempre trágicas ya sea en términos de pérdida de vidas humanas o el desplazamiento del lugar donde una comunidad fincó sus esperanzas de vida.

Otro triste episodio relacionado con otra contaminación, la del agua, se produce en el Japón, en un poblado de pecadores de la bahía de Minamata, cuando vertimientos de mercurio por más de treinta años de una empresa química en sus cercanías, enferma y mata lentamente en ese período de tiempo, a un número no determinado de sus pobladores por intoxicación mercurial. La revista norteamericana LIFe en 1972 publica una investigación alrededor de este episodio quedando registrada en mi retina la imagen de una madre bañando a su hijo, un hombre adulto que había nacido con graves deformaciones en su cuerpo, que fue denominada como la “Piedad de Minamata” en una clara referencia al simbolismo que ella representa con la escultura de arte religioso “La Piedad” de Miguel Angel.

Pero tal vez la tragedia que mas espanto puede provocar es la de emisiones radioactivas, como la sucedida en el accidente nuclear de la Planta de Chernobyl, que si bien no produjo en el momento un importante número de muertes, los efectos a largo plazo se hicieron evidentes. Muerte por cáncer, enfermedades crónicas e incurables y la desaparición de una ciudad que tuvo que ser evacuado para prevenir el efecto destructivo de la radiación. Hoy es un pueblo fantasma que recuerda el aciago evento del desastre nuclear.

Con estos ejemplos vemos la importancia de la Ingeniería Ambiental, de la ecología, de la biología, de la Química y de todas aquellas disciplinas que se han desarrollado en un mundo industrializado que clama por una conciencia ambiental. Podemos decir que al igual que las ingenierías de los sistemas y las comunicaciones, las profesiones que velan por el medio ambiente son las carreras del futuro y en especial estas últimas si queremos preservar la naturaleza y disfrutar de ella. Una relación agreste del hombre con la naturaleza no podrá garantizar la existencia de la humanidad. La conciencia ambiental, algo esquiva en la dirigencia de países altamente industrializados, ha cambiado a punto que políticas gubernamentales apuntan a que el respeto por el medio ambiente se ha convertido en un derecho universal de tercera generación, tan importante como el derecho a la vida, al trabajo, a la salud, etc.

De manera particular hemos de aplaudir en esta fecha aniversaria a los estudiantes y profesores del programa de Ingeniería Ambiental por cuanto en tan pocos años han alcanzado un alto grado de madurez y una consolidación en la Universidad del Cauca. Fruto de esa conciencia de respeto por nuestro entorno, destacamos el Grupo de estudiantes de Ingeniería Ambiental (GeIA) quienes año a año y casi desde su creación han logrado el arraigo de la Semana Ambiental, que con temáticas especializadas y atrayentes, promueven para la Facultad de Ingeniería Civil un evento de educación continuada de origen eminentemente estudiantil.

Los retos que el futuro nos depara no dejan de inquietarnos. Las transformaciones curriculares nos obligan estar a tono con los problemas que deben solucionar nuestros graduados como la responsabilidad del administrador académico de ofrecer oportunidades educativas de posgrado y de educación Continuada a quienes requieran formación avanzada en áreas conforme a la inclinación de la personalidad del egresado.

INSTRUMENTACIÓNYESTUDIODEPARÁMETROSPARAELCÁLCULODELOSÍNDICESDEESCASEZAUSARENELORDENAMIENTODELASCUENCAS

DELOSRÍOSMOLINOYPISOJÉ

INSTRUMENTATIONANDSTUDYOFPARAMETERSFORTHESHORTAGEINDEXESCALCULATIONFORUSINGINTHEBASINSOFTHERIVERSMOLINO

ANDPISOJÉ

Por: DAVIDA.ENRÍQUEZV.1 [email protected] MAGDAJ.ORDOÑEZO.1 [email protected] LUISJ.GONZÁLEZM.2 [email protected]

RESUMEn

Durante los años 2008 y 2009 se llevó a cabo un estudio para el ordenamiento de las cuencas de los ríos Molino y Pisojé, ubicados al norte del Departamento del Cauca, Colombia. Una parte del ordenamiento consistió en determinar los índices de escasez. Para esto, debido a la falta de limnímetros en la zona de estudio, fue necesaria la instalación de los mismos para posibilitar el desarrollo de este trabajo. El cálculo de los índices de escasez se hizo mediante la generación de caudales a partir de los instrumentos instalados. Además, para estimar la calidad del agua de las corrientes, se determinaron los índices de calidad del agua (ICA), por medio de muestreos periódicos. Los índices de escasez mostraron que la demanda promedia para las dos cuencas en el año 2008 fue “apreciable”, según la clasificación usada por el Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales de Colombia (IDEAM), [2]. En cuanto al índice de calidad, se determinó que el agua de estos ríos es de buena calidad, pero necesita tratamiento de potabilización para consumo doméstico. Palabras claves adicionales: índices de escasez, limnímetros, índice de calidad del agua.

______________

Recibido para evaluación: Julio23de2009. Aprobado para publicación: Agosto5de2009.

1 EstudiantesTesistas,FacultadeIngenieríaCivil,ProgramadeIngenieríaAmbiental,UniversidaddelCauca.2 ProfesorDepartamentodeHidráulica,FacultaddeIngenieríaCivil,UniversidaddelCauca.

10

Ingeniería Hoy / No. 31 / Diciembre 2009

ABSTRAC

A study for ordering the basins of the rivers Molino and Pisojé, at north of the Cauca Department (Colombia), was carried out over the years 2008 and 2009. A part of this ordering consisted in determining the shortage indexes. For this, due to the lack of limnimeters in the study area was necessary the installation of these instruments for the development of this work. The shortage indexes calculation was made through the generation of discharges obtai-ned from the installed instruments. In addition, the quality indexes (QI), to estimate the water streams quality, were determined by periodic samplings. The shortage indexes showed that the mean demand for the two basins in the year 2008 was “high”, according to the classification used by the Institute of Hydrology, Meteorology and Environment studies of Colombia (IDEAM), [2]. Regarding the quality index, it was determined that the water of these rivers, although is of good quality, is not suitable for direct domestic consumption and requires of purification treatment.

Additional keywords: shortage indexes, limnimeters, water quality index.

1. inTRODUCCiÓn

el Acueducto y Alcantarillado de Popayán S.A. eSP abastece de agua a más de 230.000 habitantes en todo el municipio, [1]. esta oferta tiene un ciclo de vida estimado hasta el año 2015. Las fuentes utilizadas para sus plantas de tratamiento (el Tablazo y Tulcán) son los ríos Las Piedras, Molino, Cauca y Pisojé. el río Las Piedras es la principal fuente abastecedora, aunque en las épocas de verano, se evidencia la dis-minución en el caudal del río, por lo cual también se toma agua del río Pisojé. De otra parte, teniendo en cuenta que las cuencas de los ríos Molino y Pisojé no han sido monitoreadas, la empresa se encuentra en la obligación de estudiar la cantidad del recurso que pueden sustraer para así no desequilibrar las cuencas. Uno de los parámetros fundamentales para estudiar en cualquier cuenca, es el índice de escasez. Éste se calcula para condiciones hidrológicas medias y secas y da una visión de la disponibilidad de agua actual. Así, la empresa prestadora del servicio de suministro de agua puede proyectar los futuros abastecimientos, a partir de los planes de ordenamiento del recurso hídrico.

2. METODOLOGÍA

2.1UBICACIÓN

el trabajo se realizó en las subcuencas de los ríos Molino

y Pisojé, abarcando las partes alta y media de la cuenca del río Molino y toda la cuenca del río Pisojé (Figura 1).

2.1.1 Ubicación del río Molino

La subcuenca del río Molino hace parte de la zona hidrográfica Magdalena – Cauca y de la cuenca del río Cauca. Se encuentra ubicada al oriente del municipio de Popayán, perteneciente al Departamento del Cauca, en el suroccidente de Colombia. Las coordenadas de la subcuenca se presentan en la Tabla 1.

2.1.2 Ubicación del río Pisojé

La cuenca del río Pisojé está ubicada en el sector nororiental del municipio de Popayán. Posee una superficie de 1.781,65 hectáreas, que se extiende desde su nacimiento a los 2.575 metros de altitud, en la quebrada La Cabrera, con coordenadas 1063441 este y 756001 Norte, hasta su desembocadura en el río Cauca a los 1.770 metros de altitud, con coorde-nadas 1056996 este y 765324 Norte. Limita al Norte y Oriente con la vertiente de drenaje directo a la cuenca del río Cauca; al Sur y Occidente con la subcuenca del río Molino, [1].

2.2ESTABLECIMIENTODEESTACIONESLIMNIMÉTRICAS

Para la instalación, previamente se realizó un levanta-miento topográfico de las zonas donde se instalarían

11


los limnímetros. Se ubicaron dos, en el río Pisojé y dos en el río Molino.

estos limnímetros se ubicaron en las bocatomas de los ríos en mención para así tener datos de la cantidad de

Fuente: elaboración propia.

TABLA 1. Ubicación de la subcuenca del río Molino. Municipio de Popayán, Departamento del Cauca.

PUnTO CARDinAL REFEREnCiA COORDEnADAS

PLAnAS

NORTe Desembocadura del río Molino en el río Cauca

1050300 este, 763700 Norte

SURNacimiento del río Molino en la vereda Santa elena

1063100 este, 764500 Norte

ORIeNTeNacimiento quebrada Pesares, vereda Santa elena

1063600 este, 755200 Norte

OCCIDeNTe Límite con subcuenca quebrada Pubús

1051300 este, 760600 Norte

Fuente: C.R.C.- ACUeDUCTO y ALCANTARILLADO De POPAyÁN (2006), [1].

FiGURA 1. Mapa de las cuencas de los ríos Molino y Pisojé.

agua que tomaba el acueducto. Las lecturas las realizó un funcionario del Acueducto y se realizaron aforos representativos en la temporada seca y en la lluviosa y así se obtuvieron los caudales máximos y mínimos para cada cuenca y con esos datos se construyó la curva de gastos.

A partir de los registros limnímetros se hizo una pri-mera aproximación al cálculo de la oferta neta de las cuencas, ya que para éstas no existen datos históricos hidroclimatológicos.

2.3ANÁLISISDECALIDADDEAGUAENLOSSITIOSESTABLECIDOS

La toma de de muestras de agua fue realizada por personal del Acueducto en los sitios establecidos. Mensualmente estas muestras fueron analizadas en el laboratorio del Acueducto y Alcantarillado de Popayán. Luego, los datos numéricos que arrojó el muestreo se ingresaron a una base de datos para así obtener los

12


índices de calidad de las corrientes a evaluar. Los datos también se usaron para detectar posibles vertimientos no registrados. esto, para que la Corporación Autónoma Regional del Cauca (C.R.C.) tuviese un punto de partida para el cobro de una posible taza retributiva o para que controlara esos vertimientos.

2.4DETERMINACIÓNDELAOFERTAHÍDRICA

La oferta hídrica se calculó con la ecuación (1), [2].

On = Ot - Rc - Re (1)

Donde:

On = Oferta hídrica netaOt = Oferta hídrica superficial total (m3)Rc = Factor de reducción para mantener el régimen de estiaje.Re = Factor de reducción para protección de fuentes frágiles

Los datos de la demanda total de agua se obtuvieron a partir del POMCH suministrado por el Acueducto, [1].

2.5ÍNDICEDEESCASEZ

Una vez obtenidos los datos de oferta y demanda de agua se procedió a la realización de los cálculos respec-

tivos para la determinación de los índices de escasez en las cuencas de los ríos Molino y Pisojé.

el índice se calculó de acuerdo a la ecuación (4), [2].

Ie= DT X100% (4) ODonde:

Ie = índice de escasez (%)DT = Demanda de agua (m3)O = Oferta hídrica superficial neta (m3).

3.RESULTADOSYANÁLISIS

3.1ELABORACIÓNDECURVADE GASTOSYANÁLISISDECAUDALES

3.1.1 Subcuenca del río Molino

Para la elaboración de la curva de gastos (Tabla 2 y Fi-gura 2) del río Molino, se realizaron 10 aforos en fechas aleatorias durante cinco meses, abarcando temporadas secas y lluviosas para así obtener caudales máximos y mínimos. Como resultado de estos aforos se encontró un caudal máximo de 1,58 m3/s para una altura en el limnímetro de 0,7 m y un caudal mínimo de 0,76 m3/s para una altura de 0,5 m. es de anotar que durante el período de estudio se presentó una creciente de 1,8 m

TABLA 2. Resumen de aforos para el río Molino.

Aforo Ancho Prof. Media Área Perímetro Velocidad

media Caudal Radio hidráu-lico R^(2/3) K

No. (m) (m) (m2) (m) (m/s) (m3/s) (m) (m)1 9,2 0,70 3,868 10,09 0,311 1,579 0,383 0,527 0,5902 9,2 0,65 3,719 9,89 0,239 1,131 0,375 0,520 0,4593 9,2 0,66 3,420 9,92 0,374 1,244 0,344 0,491 0,7614 9,2 0,60 3,238 9,96 0,307 0,979 0,325 0,472 0,6485 9,2 0,58 2,934 9,88 0,290 0,839 0,296 0,445 0,6526 9,2 0,69 2,331 9,94 0,617 1,427 0,234 0,380 1,6217 9,2 0,67 3,014 9,76 0,422 1,297 0,308 0,456 0,9238 9,2 0,64 2,199 9,65 0,426 1,033 0,227 0,373 1,1429 9,2 0,62 2,697 9,76 0,349 0,989 0,276 0,424 0,82110 9,2 0,50 2,100 9,65 0,349 0,760 0,217 0,361 0,963


13


(superior a 1.0 m que es la altura máxima del canal de medición) la cual no se aforó. Debido a lo anterior, se elaboró la curva de gastos hasta 2.0 m, a partir de la extrapolación por el método de Manning, [3].

3.1.2 Microcuenca del río Pisojé

Para la elaboración de la curva de gastos del río Pisojé (Tabla 3 y Figura 3), se realizaron ocho aforos en fechas aleatorias, durante cinco meses abarcando temporadas secas y lluviosas, para así obtener caudales máximos y mínimos. Así, se encontró un caudal máximo de 0,46 m3/s con una altura en el limnímetro de 0,41 m y un

FiGURA 2. Curva de gastos para el río Molino.


TABLA 3. Resumen de aforos para el río Pisojé.

Aforo Ancho Prof. media Área Perímetro Velocidad media Caudal Radio hidráu-

lico R^(2/3) K

No. (m) (m) (m2) (m) (m/s) (m3/s) (m) (m)1 7,5 0,41 2,10 7,94 0,224 0,464 0,265 0,412 0,5442 7,5 0,48 2,41 7,93 0,296 0,692 0,303 0,451 0,6553 7,5 0,45 2,41 7,94 0,274 0,637 0,303 0,451 0,6054 7,5 0,42 2,44 7,89 0,205 0,511 0,309 0,457 0,4485 7,5 0,40 2,28 7,92 0,188 0,441 0,289 0,437 0,4286 7,5 0,38 2,35 7,87 0,128 0,312 0,298 0,447 0,2857 7,5 0,37 1,87 7,81 0,104 0,196 0,239 0,386 0,2698 7,5 0,30 1,74 7,81 0,081 0,150 0,222 0,367 0,220


caudal mínimo de 0,15 m3/s con una altura de 0,3 m. Sin embargo, debido a que en el estudio se registraron crecientes hasta de 1 m, se elaboró la curva de gastos hasta el nivel de 1 m, pues por arriba de este nivel el agua se encontrará por fuera de la estructura hidráulica.

3.2ÍNDICESDECALIDADDEAGUAENLOSRÍOSMOLINOYPISOJÉ

A partir de los parámetros físico-químicos y bacterio-lógicos se calculó el ICA. Para lo anterior, se utilizó el método NSF Multiplicativo (reglamentación sanitaria

14


de los estados Unidos para corrientes de agua como fuentes de captación de abasto público y para protec-ción de flora y fauna), tanto para el río Molino como para el Pisojé, [4]. Como método de comprobación fue empleado el índice ICA – DINIUS 1987, [4]. Las Tablas 4 y 5 muestran los resultados obtenidos.

Los datos físico-químicos y bacteriológicos se analizaron desde el año 2006, a pedido de la empresa, pero para el cálculo de los índices de escasez se tomaron en cuenta solo los años 2008 y 2009, período durante el cual se realizó este estudio. De otra parte, la Tabla 6, propuesta por bROWN, (LObOS, 2002), [4], fue utilizada como base para la calificación de la calidad del agua.

en el año 2006 la calidad del agua para los dos ríos se clasificó como ReGULAR, mientras que para los años 2007, 2008 y 2009 la calidad fue bUeNA.

También, con base en los resultados obtenidos para los años 2006 al 2009, la calidad del agua (respecto a turbiedad, color aparente y cantidad de coliformes totales y fecales) en los meses de enero a Marzo y de Octubre a Diciembre presentó una disminución que coincidió con los meses más lluviosos del año en la región. esto anterior, se ocasionó por deslizamientos y aumento en el nivel de escorrentías, las cuales gene-raron un arrastre adicional de contaminantes desde las

FiGURA 3. Curva de gastos* para el río Pisojé.

Fuente: elaboración propia. *extrapolada por el método de Manning, [3].

zonas de cultivo y ganadera hacia las fuentes hídricas.

De acuerdo con los valores obtenidos a través del índice ICA DINIUS 1987, se pudo apreciar que el agua de estas corrientes requiere tratamiento de potabilización y que a su vez es apta para recreación, uso pecuario y agrícola.

3.3OFERTADEAGUAPARALASUB-CUENCADELRIOMOLINO

La oferta de agua fue calculada a partir de los caudales registrados en el transcurso de este estudio.

3.3.1 Oferta superficial

Según la resolución 865 de 2004 e IDeAM, [1], la re-ducción en la oferta hídrica tanto por caudal ecológico como por calidad equivale al 50% (25% cada uno) del caudal medio mínimo mensual (Tabla 7).

3.4OFERTADEAGUAPARAELRÍO PISOJÉ

A continuación, siguiendo la misma metodología usada para el río Molino, se presentan los resultados de la oferta de agua para el río Pisojé (Tabla 8).

15


TABLA 4. Resultados obtenidos en el estudio de calidad del agua, para el río Molino.

Bocatoma río Molino 2006 Valor del iCA Clasificación de

las corrientes

Valor del iCA por DiniUS

(1987)

Bocatoma río Molino 2007

Valor del iCA

Clasificación de las corrien-

tes


(1987)

eNeRO 58,737 Regular 70,490 eNeRO 79,693 buena 82,828

FebReRO 55,578 Regular 68,995 FebReRO 75,660 buena 80,116

MARZO 48,833 Mala 69,093 MARZO 76,082 buena 81,286

AbRIL 49,684 Mala 69,306 AbRIL 74,498 buena 78,998

MAyO 49,667 Mala 68,750 MAyO 78,019 buena 80,389

JUNIO 58,360 Regular 72,469 JUNIO 78,848 buena 80,776

JULIO 63,394 Regular 73,885 JULIO 81,107 buena 82,248

AGOSTO 62,877 Regular 74,838 AGOSTO 81,675 buena 82,687

SePTIeMbRe 71,483 buena 79,956 SePTIeM-bRe 78,131 buena 79,814

OCTUbRe 68,299 Regular 77,300 OCTUbRe 45,535 Mala 66,494

NOVIeMbRe 72,486 buena 77,493 NOVIeMbRe 72,508 buena 77,337

DICIeMbRe 58,867 Regular 70,298 DICIeMbRe 74,170 buena 78,978

bocatoma río Molino 2008

Valor del ICA

Clasificación de las corrientes

Valor del ICA por DINIUS (1987)

bocatoma río Molino 2009

Valor del ICA

Clasifica-ción de las corrientes




MARZO 76,675 buena 77,902 MARZO 78,30 buena 67,403

AbRIL 71,683 buena 80,283 AbRIL 78,00 buena 67,317

MAyO 75,950 buena 78,269 MAyO 77,30 buena 66,237

JUNIO 76,387 buena 81,617 JUNIO 79,00 buena 70,879

JULIO 80,550 buena 83,027 JULIO 81,40 buena 72,074

AGOSTO 74,509 buena 76,090 Fuente: elaboración propia.

SePTIeMbRe 75,993 buena 82,045

OCTUbRe 75,575 buena 77,303

NOVIeMbRe 61,684 Regular 81,807

DICIeMbRe 59,650 Regular 79,172

16


TABLA 5. Resultados obtenidos en el estudio de calidad del agua, para el río Pisojé.

Bocatoma río Pisojé 2006

Valor del iCA


Valor del iCA por DiniUS (1987)

Bocatoma río Pisojé 2007

Valor del iCA



(1987)



MARZO 53,651 Regular 70,333 MARZO 78,339 buena 80,394

AbRIL 53,508 Regular 71,128 AbRIL 80,264 buena 80,917

MAyO 54,801 Regular 72,586 MAyO 78,929 buena 80,188

JUNIO 54,154 Regular 72,750 JUNIO 82,112 buena 80,377


AGOSTO 69,826 Regular 75,795 AGOSTO 79,463 buena 80,388

SePTIeMbRe 78,754 buena 81,063 SePTIeMbRe 80,372 buena 80,560

OCTUbRe 67,484 Regular 73,595 OCTUbRe 73,503 buena 79,080

NOVIeMbRe 87,098 buena 84,693 NOVIeMbRe 82,267 buena 81,495

DICIeMbRe 62,317 Regular 73,441 DICIeMbRe 80,334 buena 80,972

bocatoma río Pisojé 2008

Valor del ICA



bocatoma río Pisojé 2009

Valor del ICA



eNeRO 58,845 Regular 75,790 eNeRO 69,244 Regular 75,513

FebReRO 76,950 buena 81,653 FebReRO 67,987 Regular 73,933

MARZO 79,305 buena 81,158 MARZO 53,651 Regular 70,333

AbRIL 82,248 buena 81,892 AbRIL 82,248 buena 81,892

MAyO 74,873 buena 78,061 MAyO 74,873 buena 78,061

JUNIO 78,991 buena 81,412 JUNIO 78,991 buena 81,412


AGOSTO 82,735 buena 80,705

SePTIeMbRe 80,309 buena 83,326

OCTUbRe 79,964 buena 79,339

NOVIeMbRe 63,949 Regular 80,020

DICIeMbRe 57,775 Regular 78,856


17


TABLA 7. Oferta hídrica neta calculada con caudales medios mensuales. Río Molino.

Mes Caudal medio1 (l/s)

Oferta neta (l/s)

Reducción (l/s)

enero 1507 1418 89

Febrero 1233 1144

Marzo 839 750

Abril 1252 1163

Mayo 874 785

Junio 391 302

Julio 214 125

Agosto 178 89

Septiem-bre

682 593

Octubre 1540 1451

Noviembre 2246 2157

Diciembre 1645 1556

Media anual 1050 961

* Obtenido de los caudales medidos en el presente estudio.

TABLA 8. Oferta hídrica neta calculada con caudales medios mensuales.

Mes Caudal medio (l/s) Oferta neta (l/s) Reducción

(l/s)

enero 490 400

90

Febrero 470 380

Marzo 465 375

Abril 613 523

Mayo 312 222

Junio 180 90

Julio 210 120

Agosto 350 260

Septiembre 580 490

Octubre 620 530

Noviembre 810 720

Diciembre 760 670

Media anual 488 398


TABLA 6. Clasificación del “ICA” propuesta por bROWN.

CALiDAD DE AGUA COLOR VALOR

excelente Azul 91 a 100

buena Verde 71 a 90

Regular beige 51 a 70

Mala Naranja 26 a 50

Pésima Gris 0 a 25

Fuente: LObOS (2002), [4].

3.5DEMANDAHÍDRICAPARALA SUBCUENCADELRIOMOLINO

La demanda fue tomada del POMCH del río Molino-quebrada Pubús, [1] y se aprecia en la Tabla 9.

3.6DEMANDAHÍDRICAPARALA MICROCUENCADELRÍOPISOJÉ

La demanda hídrica fue calculada de la misma manera que para la subcuenca del río Molino, [1], (Tabla 10).

3.7INDICEDEESCASEZPARALA SUBCUENCADELRÍOMOLINO

es importante para las labores de planificación sosteni-ble del recurso hídrico conocer la cantidad de agua dis-ponible ofrecida por la fuente, los niveles de demanda y las restricciones de uso necesarias para mantener la salud de la fuente abastecedora. es decir que, además de ofrecer agua para consumo humano y abastecimien-to de las actividades productivas, es necesario que la corriente mantenga de manera permanente un rema-nente de agua para atender otros bienes y servicios

18


ambientales, ofrecidos por la corriente como suministro de agua de los ecosistemas asociados, albergue de la biodiversidad acuática y recreación, entre otros. el índice de escasez se clasifica según la Tabla 11 y los resultados se presentan en la Tabla 12.

Según la Tabla 12, el índice de escasez promedio para la subcuenca del río Molino mostró una demanda hídrica apreciable, aunque en algunos meses del año presenta una demanda alta durante los meses de Junio, Julio y Agosto. esto anterior se explica debido a que esta subcuenca abastece durante todo el año

TABLA 9. Demanda total hasta la bocatoma del río Molino.

Punto Área (Ha) E F M A M Jn JL AG S O n D Anual

Q medio Molino

Demanda doméstica 376,6 376,6 376,6 376,6 376,6 376,6 376,6 376,6 376,6 376,6 376,6 376,6 376,6

Demanda industrial

10% Q deman-dado

37,7 37,7 37,7 37,7 37,7 37,7 37,7 37,7 37,7 37,7 37,7 37,7 37,7

Total demanda 414,2 414,2 414,2 414,2 414,2 414,2 414,2 414,2 414,2 414,2 414,2 414,2 414,2

Fuente: POMCH río Molino-quebrada Pubús, [1].

TABLA 10. Demanda hídrica para la microcuenca del río Pisojé.

Demanda Área (Ha) E F M A M Jn JL AG S O n D Anual

bocatoma Popayán (m3/s)

0,12 0,12 0,12 0,12 0,12 0,12 0,12 0,12 0,12 0,12 0,12 0,12 0,1

Doméstica (m3/s) (2401/hab./día)

82,5 0,0023

Total demanda 0,12 0,12 0,12 0,12 0,12 0,12 0,12 0,12 0,12 0,12 0,12 0,12 1,44

Fuente: POMCH cuenca del río Pisojé, [1].

la planta de tratamiento del Acueducto en el sector de Tulcán (Popayán).

3.8INDICEDEESCASEZPARALA MICROCUENCADELRIOPISOJE

De acuerdo con el índice de escasez (Tabla 13), la microcuenca del río Pisojé presentó (para el año 2008) una demanda apreciable durante los meses de Junio y Julio. esto, se puede explicar pues durante estos meses el Acueducto toma agua para la planta del sector el Tablazo (Popayán), para aliviar la carga que ejerce el verano sobre la fuente principal, río Las Piedras.

19


TABLA 11. Clasificación índice de escasez.

Categoría iES (%) Color ExplicaciónAlto > 50 Rojo Alta

Medio 21 – 50 Naranja Demanda apreciableModerado 11 – 20 Amarillo Demanda baja

bajo < 10 Verde Demanda muy baja

Fuente: POMCH cuenca río Molino - quebrada Pubús, [1].

TABLA 12. índice de escasez de la subcuenca del río Molino.

Cuenca Molino EnE FEB MAR ABR MAY JUn JUL AGO SEP OCT nOV DiCi.E. (%) medio

mensual

Demanda (lps) 414,2 414,2 414,2 414,2 414,2 414,2 414,2 414,2 414,2 414,2 414,2 414,239Oferta (lps) 1418 1144 750 1163 785 302 125 89 593 1451 2157 1556

IeS (%) 23 27 36 26 35 58 77 82 41 22 16 21


TABLA 13. índice de escasez de la microcuenca del río Pisojé.

Cuenca Pisojé EnE FEB MAR ABR MAY JUn JUL AGO SEP OCT nOV DiCi.E. (%) medio

mensual

Demanda (lps) 122 122 122 122 122 122 122 122 122 122 122 12228Oferta (lps) 400 380 375 523 222 90 120 260 490 530 720 670

IeS (%) 23 24 25 19 36 58 50 32 20 19 15 15


4.CONCLUSIONES

Luego de implementar la red limnimétrica y de analizar la calidad del agua y el índice de escasez para la sub-cuenca del río Molino y la microcuenca del río Pisojé, se concluyó:• Para las dos cuencas se construyeron las respec-

tivas curvas de gastos.• el caudal eclógico calculado para el río Molino fue

de 44.5 lps y para el Pisojé 53 lps.

• De acuerdo al índice de escasez, la subcuenca del río Molino y la microcuenca del río Pisojé presenta-ron una demanda apreciable. esto indica que están sufriendo una presión que aunque no es grave, puede llegar a serlo si no se implementa una gestión adecuada para que se equilibre ambientalmente.

• en general, la calidad del agua en ambas cuencas se clasificó como bUeNA. Sin embargo, para con-sumo doméstico requiere de tratamiento de potabi-lización, pero utilizando poca cantidad de insumos.

20


5.RECOMENDACIONES

• en las estaciones limnimétricas es importante que las curvas de gastos se verifiquen periódicamente, pues se observó que estos ríos presentan altas sedimentaciones durante las épocas de menos lluvias.

6.BIBLIOGRAFÍA

6.1BIBLIOGRAFÍACITADA

[1] CORPORACIóN AUTóNOMA ReGIONAL DeL CAUCA (C.R.C.) – ACUeDUCTO y ALCAN-TARILLADO De POPAyÁN S.A. e.S.P. Plan de ordenamiento y manejo de la subcuenca hidrográfica de los ríos Pisojé y Molino. 2006. Popayán.

[2] http://www.ideam.gov.co

[3] GONZÁLeZ M., Luis J. Hidrología práctica y gestión ambiental. Vol. I y II. 151 p. 2004. Popayán.

[4] LObOS, JOSÉ. evaluación de los contaminantes del embalse del Cerrón Grande. PAeS. 2002. Colombia.

6.2BIBLIOGRAFÍACONSULTADA

[5] CHANG, RAyMOND. Química 6a edición. ed. Mc. Graw Hill. Páginas 10, 65, 842 – 845. 1999. México.

[6] JeNKINS, David. Química del agua. ed. Limusa - Noriega editores. Páginas 180, 199, 210 – 260, 332 y 416. 2000. México.

[7] ROMeRO ROJAS, Jairo A. Calidad del Agua 1era edición. ed. escuela de Ingeniería. Páginas 69 – 86, 90 – 92, 94 – 100, 122 – 125, 129 – 149 y 166 – 184. 2002. bogotá.

[8] SAWyeR CLAIR, N. Química para Ingeniería Ambiental. 4a edición. ed. Mc. Graw Hill. Pá-ginas: 125, 475 – 484, 494 – 530, 556 – 623 y 645 – 650. 2001. México.

[9] URL.http://www.popayan.gov.co

[10] URL.http://www.popayan.gov.co/sitio.shtml?apc=I2--&s=m

ESTUDIODEFACTIBILIDADDEIMPLEMENTACIÓNDELPOLICLORURODE

ALUMINIOCOMOSUSTITUTODELSULFATODEALUMINIOTIPOB,ENLAPLANTADE

TRATAMIENTO“ELTABLAZO”DEPOPAYÁN

IMPLEMENTATIONFEASIBILITYSTUDYOFALUMINUMPOLYCLORIDEASALUNIMUMTYPEBSULPHATESUBSTITUTEINTHE“ELTABLAZO”

TREATMENTPLANTOFPOPAYAN

Por:JulioCésarGilSolano1 [email protected] WilferAlfonsoLó[email protected]

RESUMEN

En este trabajo se evaluó el coagulante policloruro de aluminio (PAC) en el proceso de potabilización de agua de la planta “El Tablazo” de la ciudad de Popayán. Se comparó con el coagulante utilizado, sulfato de aluminio, para determinar la viabilidad de éste y el nivel de cumplimiento de la resolución 2115 de 2007 en cuanto a remoción de turbiedad y color. Para ello inicialmente se analizaron las unidades de tratamiento de la planta, posteriormente se determinaron parámetros óptimos de funcionamiento para los dos coagulantes. Se encontró una nueva curva de patronamiento del vertedero de entrada para los cuatro floculadores. Además, se determinó gradientes y tiempo de floculación. En el proceso de sedimentación se calculó la velocidad crítica de sedimentación y la eficiencia de remoción de turbiedad. También, se analizó el lecho filtrante en composición y altura. En parámetros óptimos, para los dos coagulantes, se encontraron dosis óptimas, pH óptimo, gradiente y tiempos óptimos de floculación, tiempo óptimo de sedimentación y eficiencia de remoción de turbiedad de acuerdo a la curva de sedimentación. Se comprobó que el coagulante policloruro de aluminio es adecuado para el proceso de potabilización, presentando mejores resultados que los determinados para el sulfato de aluminio, además de cumplir los lineamientos de la resolución 2115 de 2007 en cuanto a remoción de turbiedad y color.

Palabras claves: Coagulación, turbiedad, patronamiento, floculación, sedimentación, filtración.______________

Recibido para evaluación: Julio16de2009. Aprobado para publicación: Agosto6de2009

1 IngenieroQuímico,ProfesorDepartamentodeIngenieríaAmbientalySanitaria.FacultaddeIngenieríaCivil.UniversidaddelCauca.2 IngenieroAmbiental.UniversidaddelCauca.

22


ABSTRACT

This study evaluated the polycloride aluminum coagulant (PAC) in the process of water purification of the water plant “El Tablazo” in Popayan. It was compared with the coagulant used, aluminum sulfate, to determine the feasibility of this one and the compliance with the resolution 2115 of 2007 in the removal of turbidity and color. To do this, the processing units of the plant were initially analyzed and subsequently the optimal operating parameters for the two coagulants were determined. It was found a new pattern curve for the entry weir in the four floculators. Besides, it was determined gradients and flocculation times. During sedimentation process it was obtained the critical settling velocity and turbidity removal efficiency. With relation to filtration, it was analyzed the filtration-bed both in composition and height. In optimal parameters for the two coagulants, it was found optimal dose, optimal pH, optimal gradient and flocculation time, optimal sedimentation time and turbidity removal efficiency according to the settling curve. It was proved that the coagulant polycloride aluminum is suitable for the purification process, providing better results than those determined for aluminum sulfate, in addition to accomplish the guidelines of Resolution 2115 of 2007 regarding the removal of turbidity and color.

Key words: Coagulation, turbidity, pattern, flocculation, sedimentation, filtration.

1.INTRODUCCIÓN

en Colombia se está observando una reducción en la disponibilidad del recurso hídrico debido en gran parte a la disminución de su calidad por contaminación ge-nerada en los procesos de la actividad socioeconómica e industrial. Éstos, vierten por lo general sus efluentes sin tratamiento previo y además, les llegan en muchos casos, volúmenes altos de sedimentos, como resultado de procesos de erosión natural o derivados de la acción antrópica, [1].

Colombia presenta serios problemas de la calidad del agua para consumo humano. De acuerdo con el Ministerio de Salud (1992), [2], solo el 62% de la po-blación tiene acceso a agua segura para consumo en

las áreas urbanas y 10% en el área rural. el 55% de los sistemas de suministro de agua tienen algún tipo de tratamiento, pero solo en el 28% se considera que existe un adecuado tratamiento del agua, [3], por lo que se refleja claramente que los problemas no solo radican en el suministro y en la continuidad, sino en la calidad, donde el proceso de potabilización y la tecnología a implementar ganan importancia.

el continuo deterioro de las fuentes de abastecimiento y el aumento de las exigencias de la norma colombiana, presentadas por el paso del decreto 475 de 1998 a la resolución 2115 de 2007, presentadas en la Tabla 1, exige que las plantas mejoren las eficiencias de los procesos, implementando nuevas alternativas en sus tratamientos.

TABLA 1. Comparación entre el decreto 475/98 y la resolución 2115/07.

CARACTERiSTiCAS EXPRESADAS EnVALOR ADMiSiBLE

DECRERO 475/98 RESOLUCiÓn 2115/07

Color verdadero Unidades de Platino Coblato (UPC) ≤15 ≤15

Olor y sabor - Aceptable Aceptable

Turbiedad Unidade nefelométricas de turbidez (UNT) ≤5 ≤2

Sólidos Totales mg/L ≤500 NPConductividad Microohms/cm 50-1000 ≤1000

Sustancias Flotantes - Ausentes NPCarbono Orgánico Total (COT) mg/L NP 5

Fuente: Normativa Colombiana Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial.

23


el sistema de abastecimiento de la planta “el Tablazo”, en los últimos años ha venido sufriendo lo reflejado en el panorama nacional, donde cada vez la calidad de la fuente, el río Piedras, esta desmejorando, principalmen-te debido a problemas por deslizamientos en o antes de la bocatoma, erosión, y arrastres de sedimentos, provenientes del deterioro de la cuenca hidrográfica. De manera que los acontecimientos de turbiedades altas, se está presentando frecuentemente, provocando altos consumos de coagulante actual y bajas eficiencias de remoción para el mismo, que muy difícilmente alcanzan a cumplir las nueva exigencia, específicamente para el parámetro de turbiedad establecidos en la resolución 2115 del 2007.

en el proceso de potabilización, la coagulación por adición de sales metálicas, como el sulfato de aluminio, implica modificaciones de pH, lo que requiere el uso de productos como el carbonato de calcio o cal viva, para acercar el pH al requerido por la norma. en el caso de los coagulantes prepolimerizados, por sus caracterís-ticas químicas no disminuyen el pH, [4], reduciendo el consumo de cal.

2.MATERIALESYMÉTODOS

2.1PARÁMETROSDEFUNCIONAMIEN-TODELAPLANTA“ELTABLAZO”

Aquí se identifica las condiciones en que se encuentra operando la planta como tal, valorando principalmente los procesos físicos y químicos en la remoción de turbiedad y color. esto es, evaluación del sistema de aforo de caudal, equipo de dosificación, floculadores, sedimentadores y filtros.

2.2COMPROBACIÓNDELCAUDALDEENTRADA

el punto de medición se localizó en el canal de ingreso a la planta aguas abajo del vertedero y previo a la distribución de caudal hacia floculadores.

Utilizando un molinete MeSSTeCHNIK tipo C2 se

determinó la velocidad de entrada en secciones trans-versales de 0,10 m, en el canal de 1,60 m de ancho (L), y a 0,6 m de la superficie (d), [5].

Mediante la relación área-velocidad se calculó el caudal por sección y la suma de estos reportó el caudal total de entrada, valor que se compara con el reporte de la ecuación de patronamiento existente en la planta, utilizando la carga hidráulica de agua (H).

2.2.1 Patronamiento del Vertedero

Se determinó el caudal (Q) de entrada para diferentes alturas de carga hidráulica (H), para ello se reguló el caudal, utilizando tres válvulas, las cuales desvían parte de éste hacia el río Cauca, permitiendo así obtener diferentes valores de caudal, que se miden y calculan de manera similar a la expuesta anterior-mente.

Para cada Hi y Qi se calcula el coeficiente de des-carga (Cd) utilizando la ecuación (1) para vertedero rectangular:

(1)

De acuerdo con el método del promedio aritmético, se calcula el Cd del vertedero con la ecuación (2):

(2)

Se define la ecuación de patronamiento y con base en ella se dibuja la curva de patronamiento, calculando Q para diferentes valores de H.

2.2.2 Unidad dosificadora de coagulante

Se verificó y corroboró el caudal que arroja el equipo de dosificación de coagulante, esto se realizó mediante el aforo volumétrico del caudal de dosificación. Además de determinar el volumen del tanque de mezcla y dosificación.

24


Las pruebas de jarras se efectuaron en el equipo Phipps & bird digital. Para determinar la turbiedad se utilizó un turbidímetro HACH 2100 N y el espectrofotómetro HACH DR/2010 para determinar color. el pH se deter-minó utilizando un pH metro digital Metrohm 827pHlab. en el cálculo de alcalinidad total se utilizó el método titulométrico, como solución titulante ácido sulfúrico 0.02018 N; solución estandarizada en el laboratorio.

2.3.1 Recolección de muestras

Se recolectaron muestras de agua cruda que ingresa a la planta proveniente del río Las Piedras. el punto de muestreo se localizó aguas arriba del vertedero, antes de la dosificación de coagulante, punto en el cual se obtiene una muestra representativa. Las muestras se almacenaron en recipientes plásticos de 5 galones, limpios, herméticos y rotulados.

2.3.2 Dosis óptima

Las dosis evaluadas fueron 10, 15, 20, 25, 30 y 35 mg/L. Los parámetros utilizados en pruebas de jarras fueron: gradiente de mezcla rápida 390 s-1 (300 rpm) con tiempo de mezcla rápida de 1 minuto, gradiente de velocidad de mezcla lenta 36 s-1 (40 rpm) con tiempo de mezcla lenta de 20 minutos, tiempo de sedimentación de 15 minutos. Los parámetros a monitorear fueron turbiedad, color, alcalinidad y pH. De acuerdo con la eficiencia de remoción de turbiedad se seleccionó la dosis óptima.

2.3.3 pH óptimo

Se evaluó un rango comprendido entre 4 y 8 unidades de pH, valores que de acuerdo a datos históricos pue-den presentarse en el afluente. Para ajustar los pH de las muestras fue necesario utilizar solución de acido sulfúrico o hidróxido de sodio según fuera el caso.

2.3.4 Gradiente y tiempo óptimo de mezcla lenta

Los gradientes analizados fueron 20, 30, 40, 50, 60 y 70 s-1 para tiempos de mezcla lenta comprendidos entre 10 y 60 minutos con intervalos de 10 minutos y tiempo de sedimentación de 15 minutos. Teniendo en cuenta la eficiencia de remoción de turbiedad se determina el gradiente y tiempo óptimo de mezcla lenta

2.2.3 Gradiente y tiempo de mezcla lenta

Utilizando los datos de dimensiones de floculadores reportados en planos se determinó su volumen útil. Con ayuda de un molinete se calculó el caudal para cada floculador, finalmente con estos datos se encontró el tiempo de detención (Td) para cada unidad floculadora. La pérdida de carga (hf) se determinó utilizando una manguera de nivel; estos resultados se utilizaron para calcular el gradiente de velocidad (G) de acuerdo a la siguiente ecuación (3):

Donde: g es la gravedad y v es la viscosidad cinemática.

2.2.4 Sedimentación

Se determinó las dimensiones geométricas, además del conteo de las placas de las cuatro unidades y asu-miendo distribución uniforme del caudal, se obtuvo la carga superficial, el tiempo de detención y la velocidad crítica de sedimentación para cada unidad; con este último valor y la prueba de jarras para cada coagulante, se estableció la curva de sedimentación en un rango de tiempo de sedimentación comprendido entre 5 y 60 minutos con intervalos de 5 minutos.

2.2.5 Filtración

Se realizó análisis granulométrico al lecho filtrante para encontrar el coeficiente de uniformidad, criterio que determina características del lecho y la altura del lecho para cada unidad de filtración. Al igual se evaluó la velocidad de lavado y el tiempo de lavado.

2.3PARÁMETROSÓPTIMOSDEFUN-CIONAMIENTO

Éstos se determinaron por medio de la prueba de jarras. Los parámetros óptimos de coagulación son: la dosis ópti-ma, el pH óptimo de coagulación y el gradiente de mezcla lenta. Para sedimentación se determinó tiempo óptimo, la curva de sedimentación y la eficiencia de remoción.

(3)

25


2.3.5 Tiempo de sedimentación y curva de sedi-mentación

Utilizando un rango entre 5 y 60 minutos con intervalos de 5 minutos y considerando turbiedad (fracción rema-nente) y velocidad de sedimentación se determinó la curva de sedimentación y se evalúo la eficiencia de remoción de acuerdo a la velocidad critica de sedimen-tación para cada coagulante.

3.RESULTADOS

3.1PARÁMETROSDEFUNCIONAMIEN-TODELAPLANTA“ELTABLAZO”

3.1.1 Caudal de ingreso a la planta

el aforo del vertedero de ingreso a la planta permite establecer que hay diferencia entre el caudal deter-minado con molinete y el reportado por la ecuación de patronamiento del vertedero existente. Como se observa en la Tabla 2, la diferencia es significativa si se considera que del valor de caudal reportado dependen la dosificación y el control del proceso de potabilización como tal.

La ecuación (4) de patronamiento existente es:

(4)

Donde H es la altura de carga hidráulica, es decir, la diferencia entre la altura de la lámina de agua, medida con una regleta fija, aguas arriba del vertedero y la altura del vertedero que es de 44 cm.

3.1.2 Patronamiento del vertedero de ingreso a la planta

en el patronamiento del vertedero se obtuvo la curva presentada en la Figura 1 derivada de la ecuación (5):

(5)

Con un factor de correlación de R=0,98.

La diferencia entre la curva actual o existente en planta y la curva calculada, se observa en la Figura 1. Se puede notar que ésta es alta, para valores de altura de regleta usualmente presentados, entre 0,7 m y 0,85 m, diferencia que afecta inicialmente la dosificación del coagulante, es decir que la curva actual no es confiable para regular la dosificación, tomando importancia y relevancia el criterio del operador de turno.

3.1.3 Dosificador de sulfato de aluminio

La planta “el Tablazo” cuenta con dos unidades de dosificación en seco por gravedad de carga constante de agua, es decir mantiene un caudal de dosificación constante, en promedio de 2,0 lps.

el equipo consta de un tanque para la preparación y dosificación de la solución de 0,57 m3.

3.1.4 Proceso de floculación

La floculación se realiza en cuatro floculadores de flujo horizontal, controlando por medio de compuertas el caudal de ingreso a estos.

La distribución del caudal en los cuatro floculadores (Tabla 3) no es uniforme, si se considera que ideal-mente debería ser del 25% para cada uno, este caudal está sujeto a la altura de compuerta

el gradiente de velocidad en los floculadores 2, 3 y 4 está dentro del rango establecido por el RAS 2000, entre 20 s-1 y 70 s-1, sin embargo, son valores altos y que generan formación de floc pequeño que sedimentan en la siguiente etapa del proceso con dificultad y por

TABLA 2. Resultados de caudal aforado vs caudal actual.

Altura de Regleta

(m)H(m)

Q Aforado

(m3/s)

Q Actual* (m3/s)

Diferencia de Q (m3/s)

0,84 0,4 1,039 0,745 0,2490,84 0,4 1,051 0,745 0,3060,83 0,39 1,113 0,717 0,3960,83 0,39 0,937 0,717 0,2200,83 0,39 0,983 0,717 0,266

* De acuerdo a la ecuación utilizada en planta

26


ende con menor eficiencia; el floculador 1 con 75.4 s-1 no solo está por fuera del rango establecido por la norma, sino que indica una mayor pérdida de carga en las secciones, siendo inadecuado para floculación; este valor no es usual para floculadores.

el tiempo de detención en los cuatro floculadores, (Tabla 3) no es adecuado para una completa formación de floc, además, no está dentro del rango recomendado por el RAS 2000, entre 20 y 30 minutos.

3.1.5 Proceso de sedimentación

Se realiza utilizando 4 unidades sedimentadoras de alta tasa con placas inclinadas, esta es considerada como una de las más eficientes en cuanto a remoción de lodos, implicando directamente remoción de turbiedad y color.

La longitud de los sedimentadores de alta tasa es 24 m, de acuerdo con estudios, [6], después de los 20 m la velocidad crítica de sedimentación tiene poca variación y las mejores eficiencias de remoción de lodos; la incli-

nación de las placas es un factor que también influye en el rendimiento siendo 60º la que asegura una continua y eficiente remoción y escurrimiento de lodos, inclinación que tienen las placas de los cuatro sedimentadores.

Para el caudal máximo reportado durante el periodo de muestreo (1,162 m3/s) la velocidad crítica de sedimen-tación teórica o de diseño, es 1,3 cm/min. el mal estado o la ausencia de placas implican un aumento en la velocidad crítica de sedimentación, los sedimentadores 1 y 4 presentaron los valores más altos, 1,7 cm/min y 1,9 cm/min respectivamente, comparados con la teórica para esta planta; si bien, una partícula es removida si la velocidad de sedimentación es mayor o igual que la crítica, para estos sedimentadores se necesita la forma-ción de floc más pesado que incremente la velocidad de sedimentación, o en su defecto la eficiencia de remoción de lodos disminuye, es decir que los sedimentadores 1 y 4 necesitan la incorporación de placas faltantes, (407 placas en total) para que funcionen correctamente de acuerdo al diseño teórico como es el caso de los sedimentadores 2 y 3.

3.1.6 Proceso de filtración

Se desarrolla en 8 filtros rápidos de flujo descendente con lecho mixto de arena y antracita, los filtros 1, 2, 3 y 4 tienen una altura de lecho entre 60 cm y 65 cm, valor aceptado por el RAS 2000, por otro lado los cuatro filtros restantes tienen una altura de lecho inadecuada ya que está entre 25 cm y 35 cm, además de presentar mezcla total del lecho.

el lecho de los filtros nuevos presenta la antracita en la parte superior, seguido de una interface de los dos materiales, arena y el medio de soporte que es grava. La altura de la arena está entre 20 cm y 25 cm y la

TABLA 3. Resultados para floculadores.

FiGURA 1. Curva de calibración calculada y curva existente en la planta.

Floculador Q ingreso (m3/s) % Perdida de

Carga Volumen(m3) Td(min) G(s-1)

1 0,297 23 0,05 226 13 75,42 0,385 30 0,05 226 10 64,63 0.323 25 0,04 231 12 58,84 0,269 21 0,04 226 14 59,6

Q Total 1,275 100

27


antracita entre 40 cm y 45 cm siendo estos valores los recomendados de acuerdo a la literatura. el análisis granulométrico de estos filtros para la arena indica que es uniforme ya que el CU < 2, es decir constituido por partículas de igual tamaño o en un rango de tamaño muy pequeño, sin embargo el filtro 3 con un CU=1,98 sobrepasa el rango establecido por el RAS 2000.

el RAS 2000 determina que el diámetro del medio de antracita más grueso sea como máximo cuatro a seis veces mayor que el diámetro del medio menor de are-na, es decir que debe ser menor de 3,6 mm para los filtros nuevos, los resultados del análisis granulométrico para la antracita de estos filtros indican que tienen un diámetro máximo de partícula de 3 mm cumpliendo los lineamientos de la norma. el coeficiente de uniformidad se encuentra entre 3,66 y 4,81 indicando material graduado con aproximadamente un 10% de material fino, 12% de material medio y 79% de material grueso comparado con respecto a la arena, además entre el 75% y 80% de la antracita tiene el tamaño adecuado para utilizar en lechos filtrantes.

Ahora, considerando los filtros viejos, se tiene que un parámetro importante para caracterizar los lechos es la altura del lecho, la cual en estos, no es conveniente para una correcta filtración, sumado a esto, el lecho está completamente mezclado, siendo en su mayoría antracita como lo demuestra el análisis granulométrico, la arena se ha perdido por el sistema de drenaje, otra parte es arrastrado durante el proceso de lavado.

La velocidad de lavado de los ocho filtros está entre 0,57 m/min y 0,59 m/min, siendo adecuada conforme con los lineamientos del RAS 2000, sin embargo de acuerdo con apreciaciones visuales se puede afirmar que la distribución del agua de lavado no es uniforme debido a que ésta se presenta principalmente por los costados, además de flujo de aire identificado por burbujas que generan una alta expansión del lecho y posible mezcla.

3.2PARÁMETROSÓPTIMOSDE FUNCIONAMIENTO

en algunos casos la dosificación de concentraciones bajas de coagulante, no permiten las mejores eficien-

cias de remoción debido a que los coagulantes se hidrolizan rápidamente antes de cumplir su función, por otro lado concentraciones altas representa desperdicio del coagulante, se decide entonces trabajar con una solución madre del 1%, valor que es recomendado y ampliamente utilizado en el proceso de potabilización de agua.

3.2.1 Determinación de dosis óptima

en la Figura 2 se observa la eficiencia de remoción de turbiedad de acuerdo a la dosis de sulfato de aluminio para diferentes valores de turbiedad de agua cruda; con valores bajos de turbiedad, la eficiencia de remo-ción adecuada se presenta con dosis entre 20 mg/L y 35 mg/L, sin embargo a mayor dosis hay un mayor consumo de alcalinidad y descenso del pH, condición que implica un ajuste de este, por medio de dosifica-ción de cal viva, de esta manera la dosis adecuada es aquella que permita alta remoción sin llegar a un alto descenso de el pH, entonces con dosis de 25 mg/L se tiene turbiedad residual menor de 3,42 NTU, valor que de acuerdo con el RAS 2000 no debe ser mayor de 8 NTU para ingreso a la etapa de filtración. Ahora para turbiedades altas, como se esperaba, la eficiencia de remoción es alta con dosis entre 20 mg/L y 35 mg/L y presentan poca variación en este intervalo, es decir, que las cuatro dosis generan resultados de remoción similares, sin embargo, como en turbiedades bajas, una dosis de 25 mg/L permite una adecuada remoción siendo 5,8 NTU el valor más alto de turbiedad residual FiGURA 2. Determinación de dosis optima con Sulfa-to de Aluminio para turbiedades a) bajas b) Altas.

a)

28


para esta dosis y el pH tiene variación aceptable con consumo de alcalinidad de hasta 50% que lo disminuye en hasta en 1 unidad.

De acuerdo con lo anterior, la dosis óptima para el sulfato de aluminio es de 25 mg/L, siendo ésta la que genera las mejores eficiencias de remoción de turbie-dad y color con disminución aceptable de pH.

es necesario aclarar que la dosis determinada anterior-mente es para condiciones habituales de funcionamien-to de la planta, sin embargo, unas pocas veces al año se presentan eventos fortuitos en los cuales la turbiedad del agua cruda supera los 1000 NTU y el color es mayor a 2000 PtCo, valores que se presentaron durante el periodo de muestreo en dos ocasiones.

Para estos valores es necesario calcular la dosis ade-cuada puesto que 25 mg/L no representan una signifi-cativa remoción; en la Figura 3 se observa la eficiencia de remoción de turbiedad para dosis comprendidas entre 50 mg/L y 100 mg/L, de las cuales 90 mg/L es aquella que genera valores óptimos de remoción con un máximo de 16 NTU de turbiedad residual y 29 PtCo de color residual, la desventaja es el alto consumo de alcalinidad que disminuye hasta en 2 unidades el pH.

en la Figura 4 se presentan los resultados obtenidos de porcentaje de remoción para altas y bajas turbiedades de agua cruda, indicando una remoción adecuada en el intervalo de dosis entre 15 mg/L y 30 mg/L, una dosis de 10 mg/L no permite una óptima desestabilización de partículas generando una eficiencia baja para esta

b)

FiGURA 3. Determinación de dosis óptima con Sulfato de Aluminio con valores inusuales de Turbiedad.

FiGURA 4. Determinación de dosis optima con PAC para turbiedades a) bajas b) Altas.

b)

a)

29


dosis, para dosis de 35 mg/L genera resuspensión de las partículas coloidales provocando así una baja efi-ciencia de remoción lo que confirma que no es cierto que a mayor uso de coagulante se tenga una mayor reducción de la turbiedad residual.

Una de las ventajas que tiene el policloruro es que no genera disminución de pH, condición que se comprobó en las pruebas realizadas en donde el pH no varía significativamente y en algunos casos es igual al de la muestra, esto implica que no requiere un ajuste poste-rior de pH con la dosificación de cal viva. esta condición significa que se obvia una condición operativa y es un ahorro de dinero por el no uso de la cal.

en el análisis utilizando el policloruro de aluminio, las pruebas realizadas confirman lo establecido en la teoría (Torra et al., 1998), la cual indica que el PAC tiene mayor poder de formación de floc y por tanto mayor eficiencia de remoción de turbiedad tanto en bajas como en altas turbiedades, además, se confirma el mínimo o nulo consumo de alcalinidad reflejado en los valores de pH con poca o ninguna variación.

Teniendo en cuenta lo expuesto anteriormente y los resultados como tal, se encontró que la dosis óptima de PAC para coagulación del agua del río Las Piedras es de 20 mg/L, valor en el cual reporta un máximo de turbiedad residual de 4.03 NTU para bajas turbiedades y 6.45 NTU para altas. Así como con el sulfato de aluminio, incrementos de dosis no generan reducción significativa de la turbiedad residual.

en el caso de valores inusuales de turbiedad y color (Figura 5), el porcentaje de remoción presenta valores altos confirmando así el buen rendimiento de este producto, además de indicar que con una dosis menor comparada con la del sulfato de aluminio presenta mejor eficiencia de remoción de turbiedad con una pequeña disminución de pH. Para estos valores de turbiedad de agua cruda la dosis óptima es de 70 mg/L, con la que se alcanza una turbiedad residual de hasta 2,89 NTU.

3.2.2 pH óptimo para floculación

en la Figura 6 se observa que el sulfato de aluminio muestra una remoción de turbiedad superior al 90% en

el rango de pH entre 6 y 8 para la dosis establecida de 25 mg/L, la cual de acuerdo al diagrama de coagulación, es una condición de coagulación por barrido adecuada para potabilización, básicamente porque no necesita un estricto control del pH del agua cruda. Sin embargo, el pH óptimo de trabajo es aquel que se encuentra entre 6.5 y 8 en donde se consiguen los valores más altos de remoción de turbiedad.

el PAC por su parte tiene mejor comportamiento con variaciones de pH, trabajando de manera adecuada en un rango mucho más amplio, entre 4 y 8 unidades de pH para la dosis de 20 mg/L, con remoción de turbiedad superior al 90% y un máximo de 97%. Se debe tener en cuenta también que por sus características químicas el PAC no altera el pH, es decir que no se necesita un

FiGURA 5. Determinación de dosis óptima con PAC con valores inusuales de turbiedad.

FiGURA 6. eficiencia de remoción de turbiedad según variación del pH.

30


ajuste de pH del agua tratada con cal viva, ventaja que permite reducir costos de operación.

3.2.3 Gradiente y tiempo óptimo de mezcla lenta

Los resultados para el sulfato de aluminio indican alta remoción de turbiedad para los gradientes estudiados; sin embargo, de éstos los que mejor comportamiento presentan son aquellos con valores de 30 s-1 y 40 s-1, los cuales generan un floc de tamaño adecuado y compacto favoreciendo su posterior sedimentación, es decir, que los valores de gradiente entre este rango son valores óptimos, encontrando de esta manera no un valor, sino un rango óptimo de funcionamiento.

en cuanto al tiempo de floculación, de acuerdo a la Figura 7, se observa que en 10 minutos se tienen los valores más bajos de remoción, es decir que no alcan-za a formar un floc adecuado y de esta manera no se alcanza a remover la turbiedad de manera eficiente; a los 20 minutos la remoción supera el 97% siendo este el valor el que garantiza un floc de buen tamaño.

Para valores superiores a 20 minutos la eficiencia de remoción no mejora notablemente, es decir que tiende a ser igual o muy cercana al valor obtenido con 20 minutos, de esta manera no es adecuado utilizar un tiempo superior a este ya que no tendría mayor impacto en el tratamiento como tal. De igual manera que con el sulfato de aluminio, el PAC (Figura 8) con gradiente entre 30 s-1 y 40 s-1 presenta

los mejores resultados de remoción de turbiedad y una tendencia a la estabilización a lo largo del tiempo, efecto que no ocurre con los demás gradientes presentando en unos casos una oscilación en los valores de remoción de turbiedad y color. Sin embargo, el parámetro más importante es la eficiencia de remoción, que para estos valores se encuentra entre 96% y 99% valores ade-cuados que indican formación de floc de buen tamaño que se puede remover de manera eficiente por medio de sedimentación.

Con tiempo de 20 minutos se logran valores adecua-dos de remoción superiores al 96% para el rango de gradiente seleccionado, considerando que para valores superiores de este tiempo no se logra un incremento significativo de la remoción de turbiedad y por tanto no son apropiados ya que a mayor tiempo se necesitan unidades floculadoras de mayor longitud sin lograr una mayor eficiencia de remoción.

3.2.4 Proceso de sedimentación

Inicialmente se debe considerar que la planta “el Tablazo” cuenta con cuatro sedimentadores los cuales por tener diferentes cantidades de placas inclinadas registran diferentes valores de velocidad crítica de sedimentación; Para esta Planta la velocidad crítica de sedimentación (Vsc) de diseño es de 1.3 cm/min (Tabla 4).

Utilizando las Figuras 9 y 10 se encuentra la eficiencia de remoción teórica para sedimentadores (Vsc = 1.3 cm/min), la cual indica que con sulfato de aluminio la

FiGURA 7. eficiencia de remoción de turbiedad con sulfato de aluminio para diferentes valores de gradiente y tiempo de floculación.

FiGURA 8. eficiencia de remoción de turbiedad con PAC para diferentes valores de gradiente y tiempo de floculación.

31


remoción es del 93%. La curva de sedimentación no pasa por el origen, esto implica que siempre se tendrá una fracción que no será removida por los sedimenta-dores, la cual pasa al proceso de filtración en donde máximo debe ser agua con turbiedad de 8 NTU de acuerdo con el RAS 2000, de esta manera el valor de 93% de remoción es aceptable ya que el valor de turbiedad a la salida está por debajo del valor máximo de turbiedad de ingreso a filtros.

Para el PAC la eficiencia de 92% es buena y no presenta mayor diferencia con respecto al sulfato de aluminio, muestra que el floc producido con PAC es de naturaleza compacta y densa lo que permite su decantación libre. Una característica del PAC es que a mayor turbiedad, mejor es su eficiencia de remoción.

Una vez encontrada la curva, se determinó la eficiencia

de remoción de cada sedimentador con sulfato de alu-minio, como se muestra en la Tabla 5, indicando mayor remoción en el sedimentador 2 con un 93% el cual tiene una velocidad critica de sedimentación igual al teórico. De manera proporcional a medida que aumenta la velo-cidad critica de sedimentación, la eficiencia disminuye como se observa con los valores de los sedimentadores 1, 3 y 4, los cuales presentan una fracción remanente que acortará la carrera de filtración.

el comportamiento del PAC es similar al mostrado por el sulfato de aluminio, con eficiencia de remoción aceptable en el sedimentador 2, como se indica en la Tabla 6, el cual no presenta una alta fracción rema-nente para el ingreso a filtros, los sedimentadores 1, 3 y 4 necesitan incorporación de placas para que así la velocidad de sedimentación critica baje, implicando que la eficiencia aumente.

TABLA 4. eficiencia de remoción de los coagulantes para Vsc teórica.

Coagulante Turbiedad (nTU) Vsc (cm/min) Fracción remanente

Eficiencia de remoción (%)

Sulfato de Aluminio 26,3 1,3 0,116 93

PAC 26,3 1,3 0,135 92

TABLA 6. eficiencia de remoción para PAC con la curva de sedimentación.

TABLA 5. eficiencia de remoción para sulfato de aluminio con la curva de sedimentación.

Sedimentador Turbiedad agua cruda (nTU)

Velocidad crítica de sedi-mentación Vsc (cm/min) Fracción Remanente (C) Eficiencia de

remoción (%)1 26,3 1,7 0,175 912 26,3 1,3 0,116 933 26,3 1,4 0,130 924 26,3 1,9 0,205 90

Sedimentador Turbiedad (nTU)Velocidad crítica de sedimentación Vsc

(cm/min)Fracción Remanente Eficiencia de

remoción (%)

1 26,3 1,7 0,175 90

2 26,3 1,3 0,135 92

3 26,3 1,4 0,145 91

4 26,3 1,9 0,195 89

32


4.DISCUSIÓN

el aforo de caudal permitió encontrar una nueva curva de calibración del vertedero, que reporta valores reales de caudal de ingreso a la planta y para efectos de con-trol de las operaciones es indispensable su adopción.

Al comparar las dosis óptimas de sulfato de aluminio y del PAC determinadas, se tiene que la dosis de PAC, de 20 mg/L, es menor que la del sulfato de aluminio, que es de 25 mg/L, esto concuerda con lo encontrado en la literatura y en otros estudios que reportan me-nor consumo de coagulante con respecto al sulfato de aluminio con mejor rendimiento de remoción de turbiedad y color.

Otro parámetro importante a considerar es el pH, los re-

sultados demuestran que el PAC tiene un mayor rango de funcionamiento de pH, entre 4 y 8 unidades de pH, sin alterar su rendimiento de remoción de turbiedad y color, además, una característica importante es que este coagulante no consume alcalinidad, como se demostró con las pruebas, esto implica que no hay alteración del pH y por lo tanto no es necesario el uso de cal para estabilizar el pH; condición necesaria con el sulfato de aluminio, ya que éste sí consume alcalinidad y por lo tanto disminuye el pH, además de tener un menor rango de funcionamiento, entre 6 y 8 unidades de pH.

La evaluación de parámetros óptimos del proceso de floculación, estableció que el tiempo de detención óptimo es de 20 minutos, sin embargo, al realizar la determinación en planta para las cuatro unidades flo-culadoras, se encontró que este tiempo es de 13, 10, 12 y 14 respectivamente, siendo inadecuado para una completa formación de floc; además, los gradientes para estas unidades son mayores de 58 s-1, es decir que no se encuentran en el rango óptimo determinado y que comprende gradientes entre 30 s-1 y 40 s-1, entonces, antes de utilizar el coagulante policloruro de aluminio o incluso seguir utilizando el sulfato de aluminio, es necesario ajustar la altura de compuertas de ingreso de caudal a floculadores, buscando tiempo de detención y gradiente óptimos.

en tres de los cuatro sedimentadores, la ausencia o daño de placas implica disminución de la eficiencia de remoción, que a su vez incrementa la velocidad crítica de sedimentación, entonces, sería adecuado incorporar las placas faltantes, 407 en total, que permitan que todos los sedimentadores tengan una velocidad crítica de sedimentación igual a la de diseño (1.3 cm/min).

Los filtros 5, 6, 7 y 8 necesitan de inmediato cambio de lecho filtrante, ya que el actual está completamente mezclado y no supera los 25 cm de altura, estos no generan una retención adecuada y se colmatan mucho más rápido, implicando carreras de filtración menores. Los demás filtros tienen un lecho estratificado y con altura adecuada, sin embargo debe tener cuidado con el lavado de filtros, ya que se observó fluidificación y aire que genera expansión del lecho, canalización y pérdida del mismo.

FiGURA 9. Curva de sedimentación para el coagulante Sulfato de Aluminio.

FiGURA 10. Curva de sedimentación para el coagu-lante PAC.

33


5.CONCLUSIONES

• La curva de calibración del vertedero de ingreso a la planta “el Tablazo” utilizada actualmente no reporta de manera adecuada el caudal real. el patronamien-to del vertedero realizado en el presente trabajo permitió encontrar una nueva curva de calibración óptima para la determinación de caudal de ingreso a la planta.

• el coagulante policloruro de aluminio (PAC) trabaja adecuadamente con dosis de 20 mg/L, inferior a la determinada para sulfato de aluminio, además de tener un rango de pH mayor, entre 4 y 8 unidades de pH; no consume alcalinidad y no disminuye el pH del agua tratada, este coagulante cumple los lineamientos de la resolución 2115 de 2007 en cuanto a remoción de turbiedad y color.

• en las unidades floculadoras de flujo horizontal, la eficiencia del proceso como tal depende de la altura de las compuertas de ingreso a cada unidad, la cual es ajustada por los operadores. Para la fecha del estudio los floculadores presentaron parámetros inadecuados de gradiente de velocidad, estando por fuera del rango óptimo establecido, entre 30 s-1 y 40 s-1. el tiempo de detención es inferior al óptimo, de 20 minutos, de igual manera está por debajo del recomendado por el RAS 2000.

• La ausencia de 407 placas en total, en los sedimen-tadores de de alta tasa influyen de manera negativa la eficiencia de remoción de lodos. es así que los sedimentadores 1, 3 y 4 presentan hasta un 3% menos remoción que el sedimentador 2, el cual con velocidad crítica de sedimentación igual a la teórica, tiene la máxima eficiencia de remoción.

• Los filtros 5, 6, 7 y 8 presentan lecho filtrante com-pletamente mezclado y con una altura de lecho que no supera los 25 cm, siendo esta inadecuada, y evi-denciando perdida de material del lecho filtrante por fluidificación y durante las carreras de lavado, que por aire en la tubería generan expansión del lecho.

• Los buenos resultados de remoción de turbiedad, obtenidos al evaluar el coagulante policloruro de aluminio (PAC), permiten que este se recomiende como una buena opción para sustituir el coagulante sulfato de aluminio en el proceso de potabilización

de agua de la planta “el Tablazo” en condiciones de alta turbiedad.

• Se recomienda un trabajo posterior que permita ajustar las condiciones operativas a los parámetros del RAS 2000.

6.BIBLIOGRAFÍA

[1] http://www.ideam.gov.co

[2] http://www.minproteccionsocial.gov.co

[3] SANCHeZ GALVIS, Luis Darío. Tecnologías en abastecimiento de aguas para pequeños sistemas de suministro de agua. Instituto Cinara, Universidad del Valle. Pág. 2-4. 2003. Cali.

[3] ACUeDUCTO y ALCANTARILLADO De POPAyÁN S.A. eSP. Manual para construcción de redes de acueducto y alcantarillado en el municipio de Popayán. Popayán. 2003.

[4] TORRA A.; VALeRO F.; bISbAL J.L. y TOUS J.L. Policloruro de aluminio en el proceso de potabili-zación de aguas superficiales: su comportamiento como coagulante dentro del ámbito de la química del aluminio. 1998. barcelona.

[5] GONZALeZ MUÑOZ, Luis Jorge. Hidrología Apli-cada. Departamento de Hidráulica, Universidad del Cauca. Pág. 159. 2008. Popayán.

[6] MALDONADO, Víctor. 2008. Capítulo 7: Sedimen-tación. en: http://www.cepis.org.pe/bvsatr/fulltext/tratamiento/manualI/tomoII/siete.pdf.

Agradecimientos:

Los autores expresan su sentimiento de gratitud a la empresa de Acueducto y Alcantarillado de Popayán especialmente al Subgerente Técnico y al Ingeniero Jefe de Producción de la Planta “el Tablazo”, por la permanente colaboración para la realización de este trabajo.

34


AnEXOS

Sedimentador Sección Q (m3/s) no Placas

no Canales

Q canal(m3/s)

Afc(m/día)

Vfc(m/s)

Vfc(m/día) Re Vsc

(m/día)Vsc

(cm/min)Vsc

(cm/min)

1

1 0,0968 268 267 0,00036 0,12 0,00302 261,12 301 23,94 1,662

1,72 0,0968 266 265 0,00037 0,12 0,00305 263,09 303 24,15 1,677

3 0,0968 269 268 0,00036 0,12 0,00301 260,15 300 23,83 1,55

2

1 0,0968 334 333 0,00029 0,12 0,00242 209,37 241 18,53 1,287

1,32 0,0968 344 343 0,00028 0,12 0,00235 203,27 234 17,92 1,244

3 0,0968 344 343 0,00028 0,12 0,00235 203,27 234 17,92 1,244

3

1 0,0968 319 318 0,0003 0,12 0,00254 219,25 253 19,54 1,357

1,42 0,0968 318 317 0,00031 0,12 0,00255 219,94 254 19,61 1,362

3 0,0968 324 323 0,0003 0,12 0,00250 215,85 249 19,19 1,333

4

1 0,0968 268 267 0,00036 0,12 0,00302 261,12 301 23,94 1,662

1,92 0,0968 265 264 0,00037 0,12 0,00306 264,09 304 24,26 1,685

3 0,0968 210 209 0,00046 0,12 0,00386 333,59 385 32,18 2,235

Filtro no. Muestra D60 D30 D10Coeficiente de uniformidad

(Cu)

Coeficiente de curvatura(Cc)

NUeV

OS

1Antracita 1,51 0,92 0,38 3,97 1,48

Arena 0,91 0,73 0,59 1,54 0,99

2Antracita 1,54 0,96 0,32 4,81 1,87

Arena 0,97 0,75 0,59 1,64 0,98

3Antracita 1,67 1,26 0,43 3,88 2,21

Arena 1,09 0,77 0,55 1,98 0,99

4Antracita 1,61 1,14 0,44 3,66 1,83

Arena 1,08 0,8 0,64 1,69 0,93

VIeJ

OS

5 Antracita y Arena 0,92 0,72 0,59 1,56 0,96

6Antracita 1,16 0,72 0,45 2,58 0,99

Arena 0,9 0,72 0,59 1,53 0,98



Nota: los filtros 5,7 y 8 presentan un lecho completamente mezclado.

ESTUDIODELAFILTRACIÓNASCENDENTEENGRAVASENELTRATAMIENTODEEFLUENTESDE

LAPRODUCCIÓNDETILAPIAROJA(Oreochromissp.).

STUDYOFUPFLOWGRAVELFILTRATIONINTHETREATMENTOFEFFLUENTSFROMTHEREDTILAPIAPRODUCTION(Oreochromissp.).

Por:JavierE.FernándezMera1 [email protected] MónicaA.LunaImbacuan2 [email protected] MaríaCarolinaGarcí[email protected]

RESUMEn

En este estudio se evaluó a nivel de planta piloto el tratamiento del efluente de producción de tilapia roja (Oreochro-mis sp.) por medio de filtración en gravas de flujo ascendente en capas (FGAC), considerando tres velocidades de filtración: 0.6 m/h, 1.5 m/h y 3.0 m/h. El desempeño del sistema se estudió basándose en las eficiencias de remoción de parámetros físicos, químicos y microbiológicos. En los tres casos la calidad del efluente mejoró, siendo el filtro de velocidad de 0,6 m/h el que mejor eficiencias reportó en época de operación normal al presentar remociones para SST (57%), PT (54%), NT (41%), DBO5 (21%), DQO (25%), así como reducciones de coliformes fecales (0.97 Unidades log).

Palabras claves: filtración ascendente en gravas, contaminación piscícola, tratamiento de efluentes, Tilapia Roja.

______________

Recibido para evaluación: Julio13de2009 Aprobado para publicación: Agosto18de2009

1 DocenteDepartamentodeIngenieríaAmbientalySanitaria,UniversidaddelCauca.2 IngenieraAmbiental,UniversidaddelCauca.

36


ABSTRACT

In this study was evaluated in a plant pilot the effluent treatment of red tilapia (Oreochromis sp.) production by means of upflow gravel filtration in layers, considering three filtration rates: 0.6 m/h, 1.5 m/h and 3.0 m/h. The system per-formance was studied based on the efficiencies of removal of physical, chemists and microbiological parameters. In the three cases the quality of the effluent improves respect to the inlet water, being the filter with filtration rate of 0.6 m/h the one that better efficiencies reported, presenting removals of 57% SST, 54% TP, 41% TN, 21% BOD5, 25% CDO, as well as reductions of 0.97 Units log for fecal coliformes.

Keywords: upflow gravel filtration, fish farm contamination, effluents treatment, Red Tilapia.

en la actividad piscícola es fundamental tener en cuen-ta su impacto en el ambiente, ya que dentro de esta actividad, se generan grandes cantidades de materia orgánica de origen dietario; esto incluye tanto el alimen-to no consumido como el no digerido que es excretado en las heces como desecho sólido, y los subproductos del metabolismo tales como el amonio, urea, fosfato, dióxido de carbono etc., que son excretados como desechos disueltos principalmente por las branquias y los riñones. (bureau et al., 1996), [4].

Los efluentes de las piscifactorías al ser vertidos a los cuerpos naturales de agua ocasionan disturbios en los parámetros físico-químicos como disminución del oxígeno disuelto (OD), aumento de la concentración de sólidos en suspensión (SST), la demanda bioquímica de oxígeno (DbO5), la demanda química de oxígeno (DQO) y formas de nitrógeno y fósforo (Pardo et al., 2006), [15].

el problema se agudiza especialmente en el día de cosecha en el caso del cultivo de la tilapia donde sus efluentes resultan ser contaminantes al llevar grandes cantidades de nutrientes y sólidos en suspensión (Teichert’Coddinfton, 1996), [21]; circunstancia que se ve favorecida al desarrollarse en estanques en tierra, (De la Cruz y Salazar, 2007), [8], donde se reportan concentraciones de sólidos suspendidos de hasta 5210 mg/L en una estación piscícola de tilapia durante el periodo de cosecha. Según Mires, (1995), [14] en los efluentes de agua de descarga de las operaciones de acuacultura, el nitrógeno y el fósforo han sido con-siderados como dos de los más importantes agentes contaminantes del medio natural.

La introducción de nitratos y fosfatos en el medio acuá-tico es de particular preocupación ya que promueven el

1.INTRODUCCIÓN

La piscicultura Inicialmente se consideró como una actividad de poco impacto ambiental, sin embargo, con la rápida expansión y alta demanda de esta industria, se generó una creciente preocupación sobre la susten-tabilidad a largo plazo de la acuicultura en relación a los efectos adversos en el ambiente ocasionado prin-cipalmente por las descargas de los efluentes (Caffey et al., 1996), [5]. Actualmente, el tema tiene relevancia debido a que las agencias gubernamentales vienen estableciendo acciones regulatorias en varios países respecto a los estándares de calidad de agua y a las limitaciones de descarga (bergheim et al., 2003), [3].

el liderazgo acuícola de Colombia está basado funda-mentalmente en la riqueza de sus recursos hídricos lo que le otorga condiciones privilegiadas para el desa-rrollo de la acuicultura al ubicarse como el tercer país del mundo en recursos hídricos (Arias, 2006), [2]. Por lo anterior, es evidente que el sector acuícola posee un enorme potencial para crear empleo, riqueza y prosperidad en el país, siendo la pesca una rica fuente de ocupación lícita y pacífica del territorio nacional.

La producción piscícola colombiana se ha orientado principalmente a las especies de Tilapia, Trucha y Ca-chama, cuya participación conjunta durante los últimos 12 años ha sido del 96.3% del total de la producción piscícola, y el 65.3% de la producción acuícola. en particular, la producción de tilapia ha participado con el 49% de la actividad piscícola, mientras la cachama y la trucha han constituido el 31% y 16%, de manera respectiva. (Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural, 2005), [12].

37


crecimiento de algas que van a consumir una gran can-tidad de oxígeno disuelto en el proceso de respiración. Además de lo anterior, la materia orgánica presente en el agua es destruida por organismos descomponedores (bacterias), que demandan oxígeno para actuar inician-do así un proceso de competencia por oxígeno con las especies ícticas, hasta crear ambientes anaeróbicos dando lugar a putrefacciones acompañadas de malos olores, aumentando los parámetros de DbO5, DQO y disminuyendo la profundidad de los cuerpos de agua por acumulación de sedimentos.

De otra parte la presencia de sólidos en suspensión genera desequilibrios en los ecosistemas acuáticos, interfiriendo en la capacidad de penetración lumínica que se ve reflejada en la disminución de las tasas de producción primaria alterando las cadenas tróficas. La importancia de este material suspendido no solo corresponde al aporte de carbono orgánico y nutrientes como el fósforo y el nitrógeno, sino que además se considera el tamaño y distribución de partículas. en el caso de las pequeñas partículas que resultan difíciles de remover, estas poseen una gran área superficial respecto al volumen, lo que se considera importante para la transferencia de los nutrientes al medio acuoso (Maillard et al., 2005), [11] y (Cripps and bergheim, 2000), [7].

Teniendo en cuenta que gran parte de los componentes de los efluentes piscícolas se encuentran en estado sólido (nitrógeno, fósforo, sólidos, carbón) (Ali et al., 2005), [1], la remoción de residuos suspendidos se establece como la mayor prioridad en el tratamiento de estos efluentes.

La filtración en grava de flujo ascendente (FGA) ha ve-nido siendo utilizada como sistema de pretratamiento en la tecnología de filtración en múltiples etapas (FiMe) en el tratamiento de agua para consumo humano (Galvis et al., 1999), [10]; Sánchez et al., 2007), [20]. Su uso dentro de FiMe esta relacionado con la remoción de los sólidos más gruesos generalmente en suspensión. La experiencia ha demostrado que se alcanzan eficiencias de remoción hasta del 95%, en sólidos suspendidos, siendo el 90% un valor comúnmente reportado para fuentes superficiales con contenidos de material sus-pendido en el rango de 50 a 200 mg/L (Galvis et al.,

1999), [10], esta tecnología cobra aun más importancia pues se han reportado eficiencias de remoción en pa-rámetros de Materia Orgánica Natural (MON) medida como DbO5 y DQO de aproximadamente 50 % y 62 % respectivamente. (Fernández et al., 2006), [9].

Aunque esta tecnología ha sido estudiada para el tra-tamiento de agua cruda de fuentes superficiales con diferentes rangos de calidad (Galvis et al., 1999), [10] y aguas superficiales de valle y de ladera que reciben descargas de aguas domésticas e industriales sin previo tratamiento (Fernández et al., 2006), [9], todavía se en encuentra en desarrollo, especialmente por su aplicabilidad en el tratamiento de otro tipo de aguas. Considerando que los FGAC presenta una gran efec-tividad en la remoción de sólidos suspendidos, y que la contaminación generada por los efluentes piscícolas se encuentra en su mayor parte en forma de sólidos suspendidos, se requiere estudiar la viabilidad de utilizar sistemas de filtros en grava de flujo ascendente para el tratamiento de los efluentes de la producción de Tilapia Roja (Oreochromis sp.) cultivadas en estanques de tierra durante la operación normal, particularmente evaluando el efecto de la velocidad de filtración sobre la eficiencia de remoción de nutrientes, materia orgánica, sólidos suspendidos y coliformes fecales, así mismo, evaluar el comportamiento de la pérdida de carga.

2.METODOLOGÍA

el estudio se realizó a nivel de planta piloto en la esta-ción piscícola de La yunga ubicada en la zona rural del municipio de Popayán en el Departamento del Cauca, al sur occidente de Colombia, sobre la cuenca de los ríos Cauca y río Hondo. esta estación piscícola, propiedad de la Asociación de Productores Piscícolas de Popa-yán ASOPROPP cuenta con un total de 8 estanques (cada uno con aproximadamente 1500 peces) de base rectangular, con fondo en tierra y pendiente mínima entre 0.1 % y 0.2% dispuestas especialmente para el levante y engorde de Tilapia Roja (Oreochromis Sp). La planta piloto fue alimentada con agua proveniente de un estanque de cría, pasando a un tanque de cabeza constante que facilita la distribución a tres unidades de filtración (Figura 1).

38


Cada filtro presentó un diámetro 0.20 m y una altura total 1.2 m. el medio filtrante utilizado consistió en grava de río con 4 capas de diferente diámetro, instalada de gruesa en el fondo a fina en la superficie. Las caracte-rísticas específicas del filtro se presentan en la Figura 2.

Cada filtro fue operado con una velocidad de filtración distinta 0.6, 1,5 y 3.0 m/h, durante un periodo de 56 días. Una vez por semana se realizó una operación de mantenimiento que consistió en una descarga de fondo. Durante el periodo de evaluación se tomaron muestras puntuales a la entrada y salida de cada unidad, con una frecuencia de dos veces por semana. Los parámetros medidos y su método de medición se presentan en la Tabla 1. Durante el periodo de evaluación también se realizó un seguimiento a la pérdida de carga en cada filtro.

Para la medición de carga se instalaron piezómetros al inicio y final de cada capa de medio filtrante, tal como se presenta en la Figura 2.

3.PRESENTACIÓNYDISCUSIÓNDERESULTADOS

3.1REMOCIÓNDEPARÁMETROS FÍSICOSYQUÍMICOS

Las estadísticas descriptivas de los resultados obte-nidos en los parámetros medidos se presentan en la Tabla 2.

FiGURA 1. esquema general planta piloto.

FiGURA 2. esquema unidad piloto

TABLA 1. Referencias de los procedimientos de laboratorio y muestreo.

Parámetro Referencia CódigoDemanda Química de Oxígeno Standard Methods – Colorimétrico 5220-b/2000Demanda bioquímica de Oxígeno Standard Methods – Volumétrico 5210-b/2001Sólidos Suspendidos Totales Standard Methods – Filtro Whatman 934-AH

espectofotómetro NOVA 602540-b/1997

Nitrógeno Total Digestor para nitrógeno programable-Velp scientific 4500Fosfatos Standard Methods –Cloruro estañoso 4500-P/2000Coliformes Fecales Standard Methods - Filtro de Membrana 9222-b/1997Conductividad Sonda multiparamétrica -----pH Sonda multiparamétrica 4500-H+bCaudal Aforo Volumétrico -----

39


en general se presentaron remociones promedio en só-lidos suspendidos de 56.9, 41.4 y 35.7 % para los filtros con velocidades de 0.6, 1.5 y 3.0 m/h respectivamente. estas eficiencias de remoción no alcanzan el 80% exigida por el decreto 1594/84, [13], que reglamenta el control de vertimientos en Colombia, por lo que se puede considerar este tipo de filtros solo como una etapa de pretratamiento para este tipo de efluentes. Sin embargo, la máxima eficiencia promedio de remoción alcanzada (56.9%) con tasa de filtración de 0.6 m/h para un rango de SST de 30 mg/L a 140 mg/L, se encuentra en el rango (56% - 78%) de los datos reportados por Galvis et al., (1999), [10], en el tratamiento de agua superficial para consumo humano usando la misma tasa de filtración.

Otros sistemas usados en el tratamiento de efluentes de cultivo de tilapia reportan eficiencias en la remoción

de sólidos de 65.6 % con un separador de remolino, 73.1% con un filtro de bolas y 41.4% con un filtro de arena (Pfeiffer et al., 2008), [16]. Así, al comparar los sistemas mencionados con la máxima eficiencia prome-dio alcanzada por el sistema FGAC evaluado, se puede considerar este último como una buena alternativa de pretratamiento dado que se trata de un sistema con bajo tiempo de retención (46 min), bajos costos de instalación, operación y mantenimiento.

Según el análisis de varianza, al comparar las eficien-cias obtenidas por las tres velocidades evaluadas se observa que se presentan diferencias significativas (p = 0.001) por lo que fue necesario realizar la prueba post-anova, según la cual, la mejor velocidad es la de 0.6 m/h, con menor concentración de SST en el efluente, seguidas por las velocidades 1.5 m/h y 3.0 m/h, las cuales no difieren entre si (p= 0.713).

TABLA 2. estadísticas descriptivas en los puntos de muestreo de los parámetros analizados.

Parámetro EstadísticaPunto de muestreo

Agua cruda 0.6 m/h 1,5 m/h 3,0 m/h

SST (mg/L)

Promedio 66.37 28.63 38.89 42.68

Desviación estándar 22.73 15.32 20.83 20.17

Número de datos 19 19 19 19

DbO5 (mg/L)

Promedio 13.,2 10.37 11.19 11.05



DQO (mg/L)

Promedio 63.67 47.5 52.58 58



Nitrógeno Total (mg/L)

Promedio 2.6 1.52 1.94 2.24



Fósforo Total (mg/L)

Promedio 0.066 0.03 0.036 0.041



Coliformes Fecales (UFC/100mL)

Promedio 13125 1413 1427 3159



40


en la remocion de materia orgánica los filtros presen-taron eficiencia de 21.4, 15.2 y 16.3 % para DbO5 y de 25.4, 17.4 y 8.7% para DQO, con velocidades de 0.6, 1.5 y 3.0 m/h respectivamente para ambos parámetros.

Las bajas eficiencias de remocion en materia organica alcanzadas por los filtros, indican que la mayor parte de la materia orgánica se presenta en forma disuelta y no suspendida, lo cual dificulta su remoción por este tipo de filtros. en este sentido, la experiencia presentada por Fernández, et al., (2006), [9], mostró que es posible incrementar esta eficiencia usando mayores tiempos de retención o menores velocidades de filtración. Por su parte Sánchez, (2006), [19], reportó eficiencias de 40% en remoción de materia orgánica natural para el mismo sistema con tasa de filtración de 0.6 m/h, en combina-ción con coagulación química, lo cual sugiere que esta etapa adicional mejora las eficiencias significativamen-te, y podría ser usada como alternativa para mejorar las eficiencias del sistema FGAC en el tratamiento de efluentes piscícolas. Sin embargo la dosificación de productos químicos genera incremento de los costos de operación y mantenimiento, además podría generar grandes impactos sobre el desarrollo de la perdida de carga hasta generar una rápida obstrucción del filtro.

Según el análisis de varianza realizado, no se presen-tan diferencias significativas (p = 0.169, para DbO y p = 0.158 para DQO) en las eficiencias de remoción entre las velocidades estudiadas, lo que indica que la velocidad de filtración es un parámetro que no tiene mayor incidencia sobre la eficiencia de remoción ma-teria orgánica.

La mas alta remoción promedio de fosforo en el presen-te estudio fue de 54.1%, con una velocidad de filtración de 0.6 m/h, (tiempo de retención teórico de 46 minutos), lo que representa una tasa promedio de remoción de 5.1 Kg/Ha*día. esta tasa comparada con las reporta-das por Redding,T. et al., (1997), [18], evaluando un sistema de tres humedales en el tratamiento de agua para recirculación para el cultivo de tilapia, indican una mayor eficiencia en el proceso con el FGAC. Redding,T. et al., (1997), [18], determinó que el sistema emergente con Rorippa nasturtiumaquaticum tuvo una tasa de remoción de fósforo total de 3.16 Kg/Ha*día, mientras que el sistema flotante con Azolla filiculoides de 0.46 Kg/

Ha*día y el sistema sumergido con elodea nuttallii de 2.19 Kg/Ha*día, para un tiempo de retención de 14 días.

La remoción de fósforo en este estudio podría ser explicada debido a la remoción de sólidos que logran estos filtros, la cual influyen directamente en el remo-ción de fósforo total, teniendo en cuenta que la fracción de sólidos suspendidos puede llevar entre 60 al 90% de fósforo total (Ramseyer and Garling, 2000), [17], por lo tanto cualquier efecto en la remoción de sólidos suspendidos tendrá un efecto sobre la remoción del fósforo.

La remoción de nitrógeno, medida como nitrógeno total, alcanzó eficiencias del 41.5, 23.4 y 13.8% para las velocidades de filtración de 0.6, 1.5 y 3.0 m/h respectivamente. Si bien en el presente estudio no se pudo determinar la especie de nitrógeno removida, se espera que ésta sea solo la asociada a la contaminación suspendida, tal como lo plantea Cripps et al., 2000, [7], al indicar que alrededor del 7% al 32% del nitrógeno total se encuentra en la fracción suspendida.

Al comparar las eficiencias obtenidas por las tres ve-locidades evaluadas mediante el análisis de varianza, se encontró que se presen diferencias significativas (p=0.03); de tal modo, que al realizar la prueba post-anova, se determinó que la mejor velocidad utilizada fue la correspondiente a 0.6 m/h al presentar menores concentraciones de fósforo en su efluente. Le siguen las velocidades de 1.5 m/h y 3.0 m/h con poca diferencia entre ellas (p = 0.417).

Según el análisis de varianza, la eficiencia de remoción de nitrógeno total entre las de las velocidades evalua-das, presenta diferencias significativas (p = 0.01). Los resultados de la prueba post-Anova mostraron que la velocidad con mayor eficiencia es la 0.6 m/h, le siguen con poca diferencia entre si (p = 0.220) las velocidades de 1.5 m/h y 3.0 m/h.

La reducción de coliformes fecales por el sistema de tratamiento FGAC, confirma la capacidad de este sistema en mejorar la calidad bacteriológica del agua, que en este caso se alcanzaron reducciones de aproxi-madamente 1 unidad logarítmica obtenida al trabajar con una tasas de filtración de 0.6 y 1.5 m/h, y de 0.65

41


unidades logarítmicas para una tasa de 3.0 m/h tratando agua con contaminación bacteriológica en el rango de 2000 a 25000 UFC/100 ml.

Las eficiencias reportadas en este estudio son similares a las reportadas por Galvis et al., (1999), [10], quienes reportan reducciones entre 0.65 y 2.5 unidades logarítmicas tratando agua superficial con contaminación bacteriológica en el rango de 20000 a 100000 UFC/100 ml. Por otra parte Wegelin, et al., (1997), [22], reportan que el mejoramiento de la cali-dad bacteriológica del agua mediante filtros gruesos puede llegar a reducciones desde menos de una a 2 unidades logarítmicas.

Al comparar estadísticamente las eficiencias de remoción de coliformes fecales obtenidas por las tres velocidades de filtración, se observa que no hay diferencia significativa (p = 0.072) entre ellas, por lo que podría inferirse que la velocidad de filtración es un parámetro que no afecta la eficiencia de remoción de microorganismos.

3.2COMPORTAMIENTODELAPÉRDIDADECARGA

en la Figura 3 se presenta el comportamiento de la pérdida de carga total en el lecho filtrante de los filtros evaluados, mientras que en la Figura 4 se presenta el aporte generado por las diferentes capas de lecho filtrante en cada uno de los filtros.

Tal como se aprecia en la Figura 3, la pérdida de carga máxima alcanzada en el filtro con velocidad de filtración de 3.0 m/h es de 22.4 cm en 56 días de operación, mientras que para la velocidad de filtración de 0.6 y 1.5 m/h la pérdida de carga máxima alcanza los 0.7 y 2.7 cm, para el mismo período de tiempo.

estos resultados muestran que la velocidad de 3.0 m/h presenta limitaciones para su utilización, ya que esta próxima a alcanzar la máxima pérdida de carga (30 cm) recomendada por Galvis et al. (1999), [10], la cual debería ser obtenida después de varios años de operación y no en los 56 días de operación.

Como se observa en la Figura 4, la tendencia para los tres filtros es que las pérdidas de carga se concentran en los extremos del medio filtrante, verificando lo plan-teado por Wegelin et al., (1997), [22], quienes afirman que la resistencia del filtro aumenta a lo largo de todo el lecho, pero sin distribuirse uniformemente. La capa de grava más fina (1/4 - 1/8), al tratarse de la última capa dispuesta en el filtro y la de menor diámetro, implica menos espacios libres entre granos, en donde el agua ha hecho todo su recorrido y las partículas que se remueven van recubriendo los granos del lecho filtrante incrementando su diámetro y disminuyendo su porosidad inicial por lo que incrementa la pérdida de carga, al disminuir el área de paso de flujo. este aspecto es importante tenerlo en cuenta para las labores de mantenimiento del filtro, pues para el caso de la capa más fina puede requerirse un lavado manual como complemento del lavado hidráulico.

FiGURA 3. Comportamiento de la pérdida de carga total en el lecho filtrante.

FiGURA 4. Distribución de pérdida de carga en el lecho filtrante.

42


La siguiente capa que aporta mayores pérdidas de carga a los filtros, es la capa de grava mas gruesa de tamaño 1” a 3/4”, la cual se encuentra ubicada en el fondo del filtro. Según Wegelin, et al., (1997), [22], lo anterior es debido a que el medio filtrante más grueso al encontrarse localizado junto a la entrada del filtro, es el responsable de la separación de los sólidos más gruesos, lo que genera obstrucción gradual del medio y reducción de los espacios libres. Collins et al., (1994), [6], mencionan que la limpieza mediante drenaje por gravedad resulta ser muy eficiente en esta zona al encontrarse esta capa en la base del filtro.

4.CONCLUSIONES

en el presente estudio los filtros gruesos ascendentes en capas mostraron un gran potencial para el pretratamiento de efluentes en la producción de Tilapia Roja, sin embar-go su utilización como tratamiento terciario no podría ser recomendado dadas las limitaciones en alcanzar altas remociones, especialmente en materia orgánica.

el uso de velocidades de filtración hasta 1.5 m/h podrían ser una alternativa para su utilización como pretratamiento, velocidades superiores presentan bajas eficiencias de remocion y generan perdidas de carga que limitan el uso de esta tecnología.

5.AGRADECIMIENTOS

este estudio fue posible gracias al apoyo en la finan-ciación realizado por el Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural, en el proyecto ¨Desarrollo y Adapta-ción de Tecnología para el Tratamiento de efluentes Piscícolas¨, desarrollado por la Universidad del Cauca y el Centro Regional de Productividad e Innovación del Cauca (CRePIC).

6.BIBLIOGRAFÍA

[1] ALi, n.; MOHAMMADB, A.W.; JUSOH, A.; HA-SAnA, M.R.; GHAZALiA, n. and KAMARU-ZAMAnA, K. 2005. “Treatment of aquaculture wastewater using ultra-low pressure asym-

metric polyethersulfone (PeS) membrane”. Desalination Journal No 185 – 2005. Malasia.

[2] ARiAS, A. 2006. Una nueva política de pesca. Presidencia de la república de Colombia.

[3] BERGHEiM, A. and BRinKER, A. 2003. effluent treatment for flow through systems and euro-pean environmental Regulations. Aquacultural Engineering 27. Pag. 61-77.

[4] BUREAU, D. y CHO, Y. 1996. II Aspectos bio-energéticos en la nutrición acuícola. Avances en Nutrición Acuícola III. bioenergética en la formulación de dietas y estándares de alimenta-ción para la acuacultura del salmón: principios, métodos y aplicaciones.

[5] CAFFEY, R.H.; KAZMiERCZAK, R.F.; AVAULT, J.W. and ROMAiRE, R.P. 1996. An evolving definition and index for sustainable aquaculture. Paper presented at the 27th Annual Conference of the World Aquaculture Society. bangkok, Thailand, January 29-February 2.

[6] COLLinS, R.; WESTERSUnD, C.; COLE, J. and ROCCARO, J. 1994. evaluation of roughing filtration design variables. environmental re-search group. Department of civil engineering. University of New Hampshire. Denver, United States. Pages 37-39.

[7] CRiPPS S.J. y BERGHEiM A. 2000. Solids ma-nagement and removal for intensive land-based aquaculture production systems. Aquacultural Engineering, Volume 22, Issues 1-2, May 2000, Pages 33-56

[8] DE LA CRUZ, C.A. y SALAZAR, A.F. 2007. Caracterización y estudio de tratabilidad del efluente de estaciones piscícolas. Universidad del Cauca, Colombia.

[9] FERnÁnDEZ, J.E.; CRUZ, A. y BEnAViDES, E.J. 2006. Remoción de materia orgánica por filtración en múltiples etapas. Una experiencia en Ambientes Tropicales. Revista Ingeniería Hoy. Nº 24. Universidad del Cauca. Colombia.

43


[10] GALViS, G.; LATORRE, J.; y ViSSCHER, J.T. 1999. Filtración en Múltiples etapas. Tecno-logía innovativa para el tratamiento de agua. Universidad del Valle, Cinara, IRC, Santiago de Cali, Colombia.

[11] MAiLLARD, V.M.; BOARDMAn, G.D.; nYLAnD, J.E. and KUHn, D.D. 2005. Water quality and sludge characterization at raceway-system trout farms. Aquacultural Engineering 33 (2005) 271–284.

[12] MiniSTERiO DE AGRiCULTURA Y DESARRO-LLO RURAL. 2005. Observatorio Agrocadenas Colombia. La cadena de la piscicultura en Colombia. Una mirada global de su estructura y dinámica 1991-2005. Documento de trabajo no. 106.en: http://www.agrocadenas.gov.co/piscicultura/documentos/caracterizacion_piscicultura.pdf, visitada en Mayo, 2007.

[13] MiniSTERiOS DE LA PROTECCiÓn SOCiAL Y DE AMBiEnTE, ViViEnDA Y DESARROLLO TERRiTORiAL DE COLOMBiA. Decreto 1594 de 1984 (Junio 26). Por el cual se reglamenta el Título I de la ley 09 de 1979, así como el Capítulo II del Título VI - Parte III – Libro II del Título III de la Parte II Libro I del Decreto 2811 de 1974 en cuanto al uso del agua y residuos líquidos. Diario oficial. bogotá, D.C, 1984. Nº. 36700.

[14] MiRES, D. 1995. Aquaculture and the aquatic environment: Mutual impact and preventive management. bamidgeh 47: 163–172.

[15] PARDO, S.; SORiAnO, E. y SUAREZ, H. 2006. Tratamiento de efluentes: Una vía para la acuicultura responsable. Revista MVZ Córdoba. Vol. 11 N°1.

[16] PFEiFFER, T.; OSBORn, A. and DAViS, M. 2008.Particle sieve analysis for determining solids removal efficiency of water treatment compo-nents in a recirculating aquaculture system Aquacultural engineering.

[17] RAMSEYER, L.J. and GARLinG, D.L. 2000. Fish nutrition and aquaculture waste mana-gement, Department of Fisheries and Wildlife, Michigan State University, American Fisheries Society,east Lansing, MI, pp. 1–10.

[18]. REDDinG, T.; TODD, S. and MiDLEn, A. 1997. The Treatment of Aquaculture Wastewaters—A botanical Approach. Journal of environmental Management. pag. 283–299.

[19] SAnCHEZ, L.D.; BURBAnO, L.M. and SAn-CHEZ, A. 2006. Recent progress in slow sand and alternative biofiltration processes. Multi-stage filtration (MSF) to prevent biofilm growth in a distribution network. IWA publishing, Alliance house. London, UK.

[20] SAnCHEZ, D.; SAnCHEZ, A.; GALViS, G. y LATORRE, J. 2007. Filtración en Múltiples etapas. Documento de Revisión Técnica 15. Universidad del Valle, Cinara, IRC, Santiago de Cali, Colombia.

[21] TEiCHERT – CODDinGTOn, D.R.; MARTinEZ, D. and RAMiREZ, E. 1996. Characterization of shrimp farm effluents in Honduras and che-mical budgets of selected nutrients. In: egna, H.; Goetze, b.; burke, D.; McNamara, M. and Clair, D. (eds.). Pond Dynamics/ Aquaculture Collaborative Research Program, Thirteenth Annual Technical Report. PD/A CRSP, Office of International Research & Development, Oregon State University, Corvallis, USA 1996; 70-84.

[22] WEGELin, M.; GALViS, G. y LATORRE, J. 1997. La filtración gruesa en el tratamiento de agua de fuentes superficiales.

CÁLCULODECOORDENADASENELMARCODELNUEVOSISTEMADEREFERENCIA

MAGNA–SIRGAS

COORDINATESCALCULATIONWITHINTHENEWREFERENCESYSTEMMAGNA-SIRGAS

FINALDELFORMULARIO

Por:NixonAlexanderCorreaMuñ[email protected]

RESUMEn

Este artículo presenta una recopilación de la terminología geodésica necesaria para conceptualizar los sistemas de referencia modernos que son compatibles con las tecnologías espaciales de captura de información del territo-rio. Adicionalmente, muestra dos alternativas o procedimientos generales para la conversión de coordenadas del sistema de referencia antiguo “Bogotá Observatory” al moderno “MAGNA-SIRGAS” utilizando los cuatro tipos de coordenadas empleados en Colombia: Coordenadas Tridimensionales Rectangulares o Geocéntricas, elipsoidales o geográficas, planas cartesianas y planas Gauss Krúger. Para esto se requiere de la utilización de la herramienta computacional Magna Sirgas_Pro y del software ArcGIS versión 9.2. De esta manera se pone a disposición de la comunidad académica la metodología requerida para realizar procesos de superposición de la información de campo levantada con los métodos tradicionales de topografía para efectos de validación y obtención de información temática asociada a los corredores viales.

Palabras claves: Coordenadas elipsoidales o geográficas, coordenadas planas Gauss-Kruger, base de geodatos, Datum bogotá Observatory, MAGNA-SIRGAS.

______________

Recibido para evaluación: Julio23de2009. Aprobado para publicación: Agosto12de2009

1 IngenieroCivil.M.Sc.enIngeneríadeVíasTerrestres.ProfesorVíasyTransporte.UniversidaddelCauca.

45


ABSTRACT

This article presents a compilation of terminology needed to conceptualize geodetic reference systems that are compatible with modern space technologies for information capture territory. Additionally, it displays two alternatives or general procedures for the conversion of coordinates from the old reference system “Bogota Observatory” to the modern one “MAGNA-SIRGAS” by using the four types of coordinates utilized in Colombia: Three-Dimensional Rectangular or geocentric coordinates, ellipsoidal or geographical, planar Cartesian and planar Gauss-Kruger. This requires the computational tool Magna Sirgas_Pro and the software ArcGIS version 9.2. Thus, it is offered to the academic community the methodology required to perform the overlapping processes of the field data obtained with the traditional methods of surveying for purposes of validation and obtaining thematic information associated with roads.

Key words: ellipsoidal or geographical coordinates, planar Gauss-Kruger coordinates, geodatabase, bogota Ob-servatory, MAGNA-SIRGAS.

1.INTRODUCCIÓN

Con la masificación del Sistema de Navegación Sa-telital GNSS y la disponibilidad de información básica del territorio nacional en bases de geodatos en donde aparece la información estructurada en capas sobre datos relacionados con el relieve, la hidrología, la división política y administrativa, la infraestructura, coberturas vegetales entre otras, se hace necesario desplegar la información básica y la que el ingeniero en su quehacer diario recopila, haciendo uso de la constelación NAVSTAR y GLONASS o por técnicas convencionales de topografía.

Tal despliegue requiere de operaciones básicas de superposición cuyo requisito más elemental es que se encuentren en un mismo sistema de referencia, sea en coordenadas elipsoidales o en coordenadas planas o de Gauss-Kruger. en consecuencia se re-quiere del manejo de procedimientos y herramientas de transformación de coordenadas para visualizar la información en su totalidad.

A partir del año 2004 el país cuenta con un sistema de referencia moderno y global en reemplazo del antiguo Datum bogotá, éste se ha puesto a disposición de los usuarios por el Instituto Agustín Codazzi, mediante la herramienta computacional denominada Magna Sirgas_Pro, la que facilita los procesos de conversión de coordenadas de acuerdo con los cuatro tipos de coordenadas que se manejan en nuestro país.

este artículo pretende presentar alternativas para rea-lizar transformaciones de coordenadas de diferentes maneras utilizando coordenadas elipsoidales y planas en los sistemas de referencia antiguo, bogotá Observa-tory y Magna Sirgas. Con este artículo se espera poner a disposición de la comunidad académica de la Facultad de Ingeniería Civil, la experiencia adquirida por el autor en trabajos de investigación asociados a la docencia, en convenios interinstitucionales y en asesorías a pro-yectos de consultoría adelantados en la región.

2.CONCEPTUALIZACIÓN

2.1SISTEMADEREFERENCIA

Conjunto de convenciones y conceptos teóricos ade-cuadamente modelados que definen, en cualquier momento, la orientación, ubicación y escala de tres ejes coordenados [X,y,Z ], [1].

2.2MARCODEREFERENCIA (REFERENCEFRAME)

Materialización del sistema de referencia mediante puntos reales cuyas coordenadas son determinadas sobre el sistema de referencia dado (IeRS 2000). Pro-porciona los puntos de control que permiten mantener actualizado el sistema de referencia, [1].

46


2.3PUNTOFIDUCIAL

Punto de materialización, [1].

2.4SISTEMAGEOCÉNTRICODE REFERENCIAÓSISTEMA COORDENADOGEOCÉNTRICO

Si el origen de coordenadas del sistema [X,y,Z] coincide con el centro de masas terrestre, [1].

2.5SISTEMAGEODÉSICOLOCAL

Si el origen está desplazado del geocentro, [1].

2.6POSICIÓNSOBRELOSEJES COORDENADAS

Se miden de acuerdo con el Sistema Internacional de Unidades (SI), es decir en metros. Convencionalmen-te las posiciones pueden expresarse en términos de coordenadas curvilíneas latitud y longitud, las cuales requieren la introducción de un elipsoide.

el elipsoide debe ajustarse al sistema cartesiano de tres ejes. el eje menor del elipsoide debe coin-cidir con el eje Z del sistema cartesiano, el centro geométrico del elipsoide debe coincidir con el origen de coordenadas del sistema cartesiano y, la intersec-ción del plano ecuatorial y el plano del meridiano de referencia del elipsoide debe coincidir con el eje X del sistema cartesiano, [1].

2.7DATUMGEODÉSICO

La orientación y ubicación del elipsoide biaxial asociado a un sistema coordenado [X,y,Z], [1].

2.8DATUMGEODÉSICOGEOCÉNTRICOOGLOBAL

Si el datum geodésico es geocéntrico, [1].

2.9DATUMGEODÉSICOLOCAL

Si el datum geodésico es local, [1].

2.10DATUMGEODÉSICOS HORIZONTALES

Orientación y ubicación de sistemas locales, con de-terminación de la altura de puntos en forma indepen-diente de sus coordenadas horizontales. La posición y orientación de estos datum se definían por el sistema astronómico local de un punto cualquiera.

ej. Datum bogotá cuyo punto fiduciario se encuentra en el Observatorio Astronómico de bogotá, tiene como elipsoide asociado el Internacional (Hayford) y está des-plazado del geocentro 530 m. el fin de estos sistemas es primordialmente cartográfico, [1].

2.11COORDENADAVERTICAL(H)DEUNPUNTO

era estimada a partir del nivel medio del mar para algunos puntos. en una red geodésica clásica se de-terminaba mediante la medición de ángulos verticales para reducir las observaciones desde la superficie terrestre hasta el geoide (continuación del nivel medio del mar bajo los continentes). H es determinada con una precisión 10 veces menor que las posiciones horizontales.

Por tanto no se puede combinar H con (φ,λ) para generar posiciones 3D. esta combinación puede crear distorsiones hasta de varios metros en las redes de referencia clásicas. (φ,λ) se refiere al elipsoide y H al geoide, [1]

2.12DATUMGEODÉSICO TRIDIMENSIONAL

Permite establecer las coordenadas para un punto con respecto a la misma superficie de referencia, el elips-oide. en este datum, la tercera coordenada se conoce como altura geodésica o elipsoidal (h), [1].

47


2.13SERIEWGS(WORLDGEODETICSYSTEM):WGS60,WGS66,WGS72,WGS84

Unificación de una plataforma de referencia para la definición de coordenadas a nivel mundial, por el Depar-tamento de Defensa de estados Unidos. Característica fundamental: Su origen de coordenadas cartesianas es geocéntrico. Además de las características geométricas (radio ecuatorial y aplanamiento del elipsoide) se le es-pecifican características físicas (la velocidad angular de rotación del elipsoide biaxial es igual a la velocidad de rotación terrestre, la masa contenida por el elipsoide es numéricamente igual a la masa terrestre, la constante gravitacional es geocéntrica, el potencial gravitacional generado por el elipsoide debe corresponder con una distribución radial de densidad). (Teunissen and Kleu-sberg 1988), [1].

2.14GEODETICREFERENCESYSTEM(GRS)

en razón a que la concepción de los sistemas WGS fue estrictamente militar la AIG (IAG: International As-sociation of Geodesy) promueve la versión civil de los sistemas de referencia globales conocidos como GRS: GRS67 y GRS80. el elipsoide asociado al WGS84 es el del sistema GRS80, [1].

2.15SISTEMACONVENCIONALDEREFERENCIATERRESTRE(CTRS)(CONVENTIONALTERRESTRIALREFERENCESYSTEM)

Sistema geocéntrico utilizado en Geodesia para la definición del sistema geocéntrico más apropiado para la referenciación de datos. eje Z: coincide con el eje de rotación terrestre. Plano Xy, perpendicular al eje Z, coincide con el plano ecuatorial terrestre.

Plano XZ coincide con del meridiano de Greenwich. eje y, perpendicular a los ejes X y Z, de acuerdo con la regla de la mano derecha. el CTRS está definido por el eje rotacional terrestre medio y el Observatorio Medio de Greenwich, [1].

2.16OTROSSISTEMASGEODÉSICOSCOORDENADOS

el Sistema Terrestre Instantáneo, referido a la posición instantánea del eje de rotación. el Sistema Geocéntrico Natural, sus ejes coinciden con los ejes de inercia prin-cipales de la Tierra. estos favorecen la conexión con las observaciones astronómicas y la dinámica terrestre, respectivamente. Debido a la alta dependencia con respecto al tiempo, no son utilizados como sistemas de referencia para el posicionamiento, [1].

2.17INTERNATIONALEARTHROTATIONANDREFERENCESYSTEM

SERVICE(IERS)

Servicio Internacional de Rotación Terrestre y Sistemas de Referencia. Tiene la responsabilidad de mante-ner y proporcionar los sistemas convencionales de referencia a través de la Cooperación Internacional. Máximo Organismo: ICSU (International Council for Science). Consejo Internacional para la Ciencia. IAU (International Astronomical Union). Unión Internacional de Astronomía. IUGG (International Union of Geodesy and Geophysics). Unión Internacional de Geodesia y Geofísica. IUGS (International Union of Geological Sciences). Unión Internacional de Ciencias Geológicas. La misión del IeRS es mantener, usar y proporcionar el Sistema Internacional de Referencia Celeste (ICRS: International Celestial Reference System) realizado por el Marco Internacional de Referencia Terrestre (ICRF: International Celestial Reference Frame) y el Sistema Internacional de Referencia Terrestre (ITRS). Además debe proveer información precisa y periódica sobre la orientación terrestre (eOP: earth Orientation Parameters) como conexión entre el ICRF y el ITRF. el seguimiento continuo de los marcos de referencia y la orientación terrestre se basa en observación y análisis de información obtenida a partir de radiointerferometría astronómica (VLbI: Very Long baseline Interfermetry), LLR (Lunar Laser Ranging) y técnicas de geodesia por satélite como GPS (Global Positioning System), SLR (Satellite Laser Ranging) y DORIS (Doppler Orbito-graphy and Radiopositioning Intagrated by Satellite). eL IeRS es un servicio interdisciplinario que mantiene relaciones cercanas con la Astronomía, la Geodesis y

48


la Geofísica. La combinación de productos del IeRS proporciona el Sistema de Referencia del IeRS (IeRS Reference System) que en suma corresponde con: estándares IeRS, eOP, parámetros de orientación terrestres; ICRS (sistema celeste); ICRF (marco celeste); ITRS (marco terrestre); ITRF (marco te-rrestre), [1].

2.18INTERNATIONALCELESTIALREFE-RENCESYSTEM(ICRS)

Aprobado por la IAU en agosto de 1997, definido y man-tenido por IeRS. Origen: baricentro del Sistema Solar mediante el modelamiento de observaciones VLbI en el marco de la relatividad general. Polo: Dirección definida por los modelos de precesión y nutación construidos por la IAU. Origen para la medición de ascensiones rectas. equinoccio al 12 TDb del 1 de enero de 2000. es materializado mediante la estimación de coordenadas ecuatoriales (declinaciones y ascensiones rectas) de un conjunto de fuentes de radio extragalácticas que conforman el International Celestial Reference Frame (ICRF), [1].

2.19INTERNATIONALCELESTIALREFE-RENCEFRAME(ICRF).

Compuesto por un catálogo de coordenadas ecuato-riales de 608 fuentes de radio extragalácticas selec-cionadas a partir de 1.6 millones de observaciones acumuladas por una red mundial. Clasificación de los cuerpos: 212 fuentes muy compactas y largamente observadas. Proporcionan las precisiones más altas (0.4 más (milésima de segundo de arco)) en las posiciones individuales. 294 fuentes compactas con buena precisión en sus posiciones individuales pero requieren de una mayor cantidad de observaciones para disminuir su incertidumbre. 102 fuentes semicom-pactas, no apropiadas para propósitos astrométricos, pero proporcionan el vínculo óptico entre los sistemas de referencia celeste y terrestre. el catálogo del ICRF define la dirección de los ejes del marco de referencia cuya precisión se estima en 0.02 más. Con el ICRS y el ICRF es posible determinar la orientación del eje de rotación terrestre en el espacio, cuyos parámetros

son básicos para definir la ubicación del sistema de referencia terrestre. el ITRS se obtiene a partir del ICRS y el ICRF a través de Parámetros de Orientación Terrestre eOP (earth Orientation Parameters) propor-cionado por el IeRS, los cuales están en función del tiempo, [1].

2.20INTERNATIONALTERRESTRIALREFERENCESYSTEM(ITRS)

es el sistema convencional de referencia terrestre (CTRS) observado, calculado y mantenido por el IeRS. Origen: Centro de masa terrestre (incluyendo océanos y atmósfera). Polo: Coincide con el polo definido por CIO (Conventional International Origin) para 1903.0 (Adoptado oficialmente en 1967 por la IAU y IAG). Eje X: Orientado hacia el meridiano de Greenwich en 1903,0 (llamado meridiano de referencia IeRS Reference Me-ridian). Eje Z: Orientado hacia el polo del CIO.

Eje Y: Forma un sistema coordenado de mano derecha. el polo del CIO es la dirección media del polo determinada a partir de las mediciones de cinco estaciones del Servicio Internacional de Latitud (ILS: International Latitude Service) durante 1900.0 y 1906.0. esta definición garantiza la continuidad de un largo archivo de determinación óptica del movimiento polar iniciada en 1899. La escala del ITRS se define en un marco geocéntrico de acuerdo con la teoría relativista de gravitación. Su orientación está forzada a no tener residuales en la rotación global con respecto a la corteza terrestre, [1].

2.21INTERNATIONALTERRESTRIALREFERENCEFRAME(ITRF)

es la materialización del ITRS. está conformado por las coordenadas cartesianas geocéntricas [X,y,Z] y las velocidades [Vx,Vy,Vz] de un conjunto de estaciones observadas con VLbI, LLR, SLR, GPS y DORIS, sus unidades corresponden con el sistema internacional SI. Las velocidades son incluidas ya que el movimiento de las placas tectónicas y sus deformaciones también alteran sus coordenadas, pero estos movimientos no afectan las órbitas de los satélites, [1].

49


2.22DIFERENCIAENTREELSISTEMADEREFERENCIASATELITALINS-TANTÁNEOYELITRS

Para una observación instantánea sobre la superficie de la tierra, el marco de referencia terrestre ITRF di-verge del sistema de referencia satelital, lo que obliga que las coordenadas ITRF sean trasladadas en el tiempo de acuerdo con su variación por la presencia de la dinámica terrestre. Dada la dependencia de las coordenadas geodésicas con respecto al tiempo, el ITRF complementado indicando la época para la cual las posiciones de sus estaciones son vigentes ejemplo: ITRF94 indica que las coordenadas de esta red están definidas para el 1 de enero de 1993. Su traslado a fechas diferentes, implica la aplicación de velocidades. el marco de referencia más recientemente calculado es el ITRF 2000, sus coordenadas se refieren al 1 de enero de 1997 y coincide con la nueva definición del WGS84(G115). (World Geodetic System 1984, semana GPS No.1150). La principal utilidad del ITRF es que, a partir de su definición se calculan las efemérides precisas de los satélites GPS, lo que garantiza, que cualquier punto sobre la superficie terrestre que haya sido ligado al ITRF vigente está en el mismo sistema de referencia utilizado por los satélites, [1].

2.23SISTEMADEREFERENCIAGEOCÉNTRICOPARALASAMÉRI-CAS:SIRGAS

SIRGAS es la extensión del ITRF en América. Si bien las estaciones que conforman el ITRF ofrecen un cubri-miento mundial, resultan insuficientes (muy distantes) para su utilización práctica por parte de generadores y consumidores de información georreferenciada. Por lo tanto es necesario establecer densificaciones continentales, nacionales y regionales que permitan el acceso directo al marco global de referencia. en América del Sur se decidió establecer una red de estaciones GPS de alta precisión con la densidad su-ficiente de puntos para el cubrimiento homogéneo de la zona y además, garantizar la participación de cada uno de los países de esta parte del continente. De esta forma surge el proyecto SIRGAS 1997. SIRGAS inició en la Conferencia Internacional para la definición del

datum geocéntrico sur americano, llevada a cabo en octubre de 1993 en Asunción, Paraguay. entidades participantes: Asociación Internacional de Geodesia (AIG); Instituto Panamericano de Geografía e Historia (IPGH); National Imagery and Mapping Agency (NGA); Institutos Geográficos de los países comprometidos. Objetivo: Definir un sistema de referencia para América del Sur. establecer y mantener una red de referencia. Determinar un datum de referencia, [1].

2.24GRUPOI:SISTEMADEREFEREN-CIA(GTI)

Definición del sistema geodésico de referencia para América del Sur (coincidente con el del ITRS). estable-cimiento y mantenimiento del marco de referencia (red de estaciones GPS de alta precisión), [1].

2.25GRUPOII:DATUMGEOCÉNTRICO(GTII)

establecer un datum geocéntrico mediante la extensión de la red GPS SIRGAS a través de la integración de las redes geodésicas nacionales de cada uno de los países americanos. Se acordó utilizar como datum geocéntrico un sistema de ejes coordenadas basado en el sistema de referencia SIRGAS, equivalente al ITRF94 y con los parámetros del elipsoide GRS80. Los resultados obte-nidos presentados en la Asamblea Científica de la IAG de Río de Janeiro en septiembre de 1997, se tradujeron en una red de 58 estaciones GPS, distribuidas sobre el continente, conforman el Sistema de Referencia SIRGAS ligado al ITRF94, época 1995.4. el mantenimiento de SIRGAS incluye: Preservación física de los monumentos. Cambio de coordenadas a través del tiempo. Con esto se garantiza la consistencia entre el sistema terrestre SIRGAS y el sistema de referencia satelital, [1].

2.26VELOCIDADESDECADAUNADELASESTACIONESSIRGAS

Red de estaciones GPS permanentes (40 puntos de rastreo continuo en el continente suramericano). La información es procesada semanalmente por

50


DGFI (Deutsches Geodatisches Forschungsinstitut) como Centro Asociado de Procesamiento Regional del Servicio Internacional de GPS, esto garantiza su referencia permanente con el sistema geocéntrico global. Ocupación periódica de 58 estaciones SIRGAS, efectuada entre el 9 y el 19 de mayo de 2000. Además de las estaciones de 1995, se incluyeron los sistemas de mareógrafos que definen los sistemas de alturas en América del Sur y América Central. Resultado: Red homogénea distribuida sobre el continente conformado por 183 estaciones, cuyas coordenadas están calcula-das en el ITRF2000, época 2000.4, [1].

2.27GRUPOIII:DATUMVERTICAL(GTIII)

Se contempla: Adoptar un sistema de referencia ver-tical único para toda América del Sur con dos tipos de altitudes: Alturas elipsoidales para definir el marco de referencia y otro tipo de alturas físicas (preferible-mente normales). establecimiento de un conjunto de estaciones niveladas geométricamente, con valores de gravedad conocidos y coordenadas referidas en el sistema SIRGAS, incluyendo mareógrafos para definir los diferentes datum verticales clásicos existentes, [1].

2.28MARCOGEOCÉNTRICONACIONALDEREFERENCIA.MAGNA-SIRGAS

IGAC, organismo nacional encargado de determinar, establecer, mantener y proporcionar los sistemas de referencia geodésico, gravimétrico y magnético. Inició a partir de las estaciones SIRGAS, la determinación de la red básica GPS, denominada MAGNA (Marco Geocéntrico Nacional de Referencia), que por estar referida a SIRGAS, se denomina MAGNA-SIRGAS. Composición: 60 estaciones GPS de cubrimiento na-cional, monumentadas por la División de Geodesia del IGAC. 8 son vértices SIRGAS. 16 corresponden con la red geodinámica CASA (Central and South American geodynamics network). estos fueron determinados entre 1994, 1995 y 1997. esta red conforma el nivel fundamental de referenciación para ser mantenido continuamente, dado que provee un marco estandari-zado para la definición de coordenadas sobre todo el

país y es el punto de partida para el desarrollo de redes regionales, departamentales y municipales. el 80% de los vértices de la red básica GPS de MAGNA-SIRGAS coincide con la red gravimétrica nacional de primer orden, facilitando la solución de uno de los principales problemas de la Geodesia y es la necesidad de que la superficie geométrica de referencia (elipsoide) esté definida en el mismo sistema que la superficie física de referencia terrestre (geoide o cuasigeoide). Objetivo: Integración al Sistema de Referencia Geocéntrico, definido por el Marco Internacional de Referencia Terrestre (ITRF), a través de su vinculación con el sis-tema SIRGAS, es decir con el ITRF94, época 1995.4. Ventajas: Se garantiza que las coordenadas de la red básica nacional estén definidas sobre el sistema que sirve como base para el cálculo de las órbitas de los satélites GPS, que son distribuidas a nivel mundial por el Servicio Internacional GPS. Los vértices MAGNA-SIRGAS son utilizados como puntos de empalme (estaciones fiduciales) y sus coordenadas, junto con la efemérides del IGS. Permiten obtener posiciones geodésicas referidas al ITRF vigente, el cual a su vez, coincide con la nueva definición del WGS84(G1150), introducida a partir del 1 de enero de 2000, [1].

2.29PROCESAMIENTOFINALDELAIN-FORMACIÓNREGISTRADAENLASCAMPAñASMAGNA–SIRGAS

Formación de ecuaciones de observación. Formulación matemática de modelos físicos. Solución a través del cálculo de compensación por mínimos cuadrados. estimación de las coordenadas definitivas de las estaciones. el cálculo se realizó bajo la coordinación del Instituto Alemán de Investigaciones Geodésicas (DGFI) con el software bernese versión 4.0 (bV4.0). Algunas subrutinas fueron modificadas con el propósito de particularizar las condiciones existentes y optimizar los resultados. Principales modificaciones: Modelo para la corrección de la refracción troposférica. Composi-ción de las ecuaciones normales de las campañas de observación en los diferentes años y su solución por inversión. Cálculo de la compensación de las coordena-das finales de las estaciones: Ajuste de redes parciales por cada día. No se fija ninguna estación terrestre, sólo se introducen las órbitas precisas de los satélites

51


(dadas por IGS). Redes libres. el ajuste proporciona información sobre la precisión interna de cada día de observación y la comparación de diferentes días permite una estimación de la precisión externa (consistencia de las coordenadas). Combinación de las ecuaciones normales parciales con las coordenadas de empalme para vincular la red total al Datum geocéntrico. Se acumulan las ecuaciones normales de cada día (redes parciales) y se suman las ecuaciones normales de las coordenadas de las estaciones de empalme (vértices SIRGAS) formando así, una red completa vinculada al sistema geocéntrico SIRGAS. en esta parte se intro-ducen las coordenadas con un peso correspondiente al error medio de los valores determinados en el ajuste de la red SIRGAS, las cuales poseen correcciones y errores medios. Así se consigue una medición de la exactitud de la red. el procesamiento final son las coordenadas de las estaciones MAGNA-SIRGAS en el sistema de referencia geocéntrico definido por el marco SIRGAS. Los errores medios obtenidos en el cálculo de compensación son del orden de 5 mm para todas las coordenadas. Precisión (errores internos de las mediciones). No proporciona indicadores sobre la exactitud de las coordenadas, [1].

2.30MOVIMIENTOSQUEAFECTANENFORMADIFERENTELASPOSICIO-NESESTIMADASDELOSPUNTOSGEODÉSICOS

La ubicación de Colombia sobre la zona de de choque de tres placas. Las coordenadas sobre la superficie de la Tierra varían en función del tiempo como conse-cuencia de los movimientos de las placas tectónicas y de las deformaciones de la corteza terrestre. estos movimientos afectan en forma diferente las posiciones estimadas de los puntos geodésicos. La dinámica de las placas es homogénea (continua) sobre cada una de ellas y sus variaciones pueden modelarse y predecirse fácilmente. Los cambios que se presentan sobre las áreas de deformación cortical son irregulares y difíciles de estimar. Los movimientos abruptos causados por terremotos influyen sobre las coordenadas en forma aleatoria. La única alternativa para su conocimiento es la ocupación permanente o periódica de los puntos de control geodésico. en Colombia la posición de los vér-tices geodésicos puede variar de 1 a 2 cm por año, [1].

2.31REDMAGNA-ECO

Instalación de una red de estaciones GPS de funcio-namiento continuo, por el IGAC. están funcionando 20 desde el año 2005. La información de las estaciones GPS de rastreo continuo es proporcionada por el IGAC, para que: Operen como estaciones base en los levantamientos GPS diferenciales.

extiende la Red básica GPS mediante su densifica-ción, incluyendo aquellos proyectos geodésicos que buscan proporcionar redes regionales de referencia. La red de estaciones permanentes MAGNA-eCO permite hacer un seguimiento continuo de información GPS facilitando a sus usuarios el desarrollo de levan-tamientos de campo y proporcionando una vinculación directa a MAGNA-SIRGAS. Al contribuir con esta información con los datos mundiales utilizados para la realización (materialización) y mantenimiento de un marco mundial de referencia consistente, garantiza la integración de MAGNA-SIRGAS con el sistema global vigente ITRF, [1].

2.32SISTEMAGEODÉSICOLOCAL: DATUMBOGOTÁ

Red AReNA (Antigua Red Nacional). Datum geodé-sico horizontal adoptado en 1941. elipsoide asociado corresponde al Internacional de 1924. Punto datum: Observatorio Astronómico de bogotá. La red geodésica de control horizontal está conformada por cerca de 11000 puntos, que constituyen los vértices geodésicos de primer, segundo y tercer orden, [1].

2.33REDDEPRIMERORDEN

Fue determinada mediante arcos de triangulación distribuidos sobre las cumbres más prominentes del territorio nacional y fueron ajustados a partir de 33 estaciones astronómicas.

La red de primer orden dio apoyo a los vértices de segundo orden y estos a su vez a los de tercer orden, empleando métodos topográficos de precisión (trian-gulación, bisección, trilateración y poligonación) para su determinación, [1].

52


2.34INCOMPATIBILIDADESDEL DATUMBOGOTÁYSUREDARENA

Datum bogotá materializa al ITRS con un error siste-mático de aproximadamente 250 m ya que su origen se encuentra desplazado del geocentro 530 m. Las posiciones definidas sobre Datum bogotá aparecen desplazadas en una cantidad similar con respecto a las posiciones definidas sobre MAGNA-SIRGAS. el error relativo de la red AReNA varía de acuerdo con la región del país, lo que no permite un control apropiado para levantamientos GPS precisos. A diferencia de MAGNA-SIRGAS que es un sistema de referencia tridimensional, el Datum bogotá es un marco bidimensional en el que se dispone de coordenadas curvilíneas (φ,λ) y altura sobre el nivel del mar (H). No se conoce la altura con respecto al eliposoide (altura elipsoidal o geodésica h). Los datos espaciales (análogos y digitales) vinculados al Datum bogotá deben ser migrados a MAGNA-SIRGAS, [1].

2.35TRANSFORMACIÓNDECOORDE-NADASENTRELOSSISTEMASDEREFERENCIAMAGNA-SIRGASYDATUMBOGOTÁ

Criterios: La transformación de coordenadas entre MAGNA - SIRGAS y Datum bogotá debe considerar la variación generada por las diferencias geométricas y de ubicación entre los elipsoides de referencia (GRS-80 y el Internacional) y las causadas por las deformaciones tácitas a las redes clásicas. el modelo de transforma-ción debe ser ampliamente usado, de modo que esté incluido en las aplicaciones comerciales que adminis-tran información georreferenciada. La metodología de aplicación debe ser amigable, eficiente en la transforma-ción de conjuntos grandes de datos y estándar para que todos los usuarios nacionales de la información espacial obtengan resultados coherentes entre sí. La migración de la información georreferenciada en Datum bogotá

a MAGNA - SIRGAS se fundamenta en el modelo de transformación tridimensional de Molodensky- badekas. La precisión de los parámetros de precisión dependen de: el área y del número de puntos disponibles en los dos sistemas de referencia. Debido a las distorsiones de la red geodésica clásica AReNA, los valores de dichos parámetros pueden variar significativamente de un lugar a otro. Los parámetros para el modelo Molodensky-badekas se han determinado para 8 regiones diferentes en el país y son aplicables para la migración de la información cartográfica a escalas pequeñas (1:3’000.000 a 1:25.000). La transformación afín se utiliza para escalas cartográficas grandes (1:500 a 1:10000) una vez se ha aplicado la transformación de Molodensky-badekas, [1].

2.36MODELOMOLODENSkYBADEkAS

Cuantifica el cambio de coordenadas causado por la diferencia de posición y tamaño (componente sistemá-tica) de los elipsoides asociados al sistema MAGNA - SIRGAS y al Datum bogotá. Se basa en coordena-das cartesianas tridimensionales considerando: Tres parámetros de traslación [∆x, ∆y, ∆z]. Tres de rotación [Rx, Ry, Rz]. Un factor de escala [ λ ]. Como el factor de escala es el mismo en todas direcciones, se deno-mina transformación de similitud o lineal conforme, es decir, los ángulos (formas) se mantienen después de la transformación, pero las extensiones y posiciones de las líneas cambian. este método originalmente se conoce como “Transformación de similitud de Helmert”, pero dadas algunas variaciones en su determinación se habla de los modelos de MOLODeNSKy – bADeKAS y bURSA – WOLF. en redes geodésicas pequeñas en extensión, se presenta una correlación muy alta entre los parámetros de rotación y traslación, por tal razón, se acostumbra calcular los parámetros de transformación en función de las coordenadas del punto central del área. La formulación matemática es:

𝑋𝑀𝑎𝑔𝑛𝑎 𝑋𝑜 𝛥𝑋 1 𝑅𝑧 −𝑅𝑦 𝑋𝐵𝑜 𝑔𝑜 𝑡á−𝑋𝑜 𝑌𝑀𝑎𝑔𝑛𝑎 = 𝑌𝑜 + 𝛥𝑌 +(1 + λ) −𝑅𝑧 1 𝑅𝑥 𝑌𝐵𝑜 𝑔𝑜 𝑡á−𝑌𝑜 𝑍𝑚𝑎𝑔𝑛𝑎 𝑍𝑜 𝛥𝑍 𝑅𝑦 −𝑅𝑥 1 𝑍𝐵𝑜 𝑔𝑜 𝑡á−𝑍𝑜 (1)

53


Donde:

[XMagna, yMagna, Zmagna]T: Coordenadas geocéntri-cas del punto de cálculo referidas a MAGNA – SIRGAS.

[𝑋𝑜 , 𝑌𝑜 , 𝑍𝑜 ]T: Coordenadas geocéntricas del punto central.

[𝑋𝐵𝑜 𝑔𝑜 𝑡á, 𝑌𝐵𝑜 𝑔𝑜 𝑡á, 𝑍𝐵𝑜 𝑔𝑜 𝑡á]T: Coordenadas geocéntricas del punto de cálculo referidas al Datum bogotá.

[𝛥𝑋, 𝛥𝑌, 𝛥𝑍]T: Parámetros de translación

[𝑅𝑥, 𝑅𝑦, 𝑅𝑧]T: Parámetros de rotación

λ: Factor de escala

La altura elipsoidal [ h ], utilizada para la con-versión de coordenadas geográficas [Φ, λ] a coordenadas geocéntricas [X, Y, Z], sobre el Datum Bogotá se obtiene utilizando el modelo geoidal GEOCOL y la relación matemática:

ℎ =𝐻+𝑁 (2)

La utilización de esta relación es de muy baja precisión, se prefiere la incertidumbre de ~±3 𝑚 en las alturas elipsoidales a la utilización de alturas niveladas en su reemplazo, ya que se introducirían errores de la magnitud de las ondulaciones geoidales en Colombia ~±30 𝑚. Los parámetros de transformación para cada región en Colombia han sido calculados mediante compensación por mínimos cuadrados considerando los puntos comunes a los dos sistemas disponibles en cada zona. Los valores de translación están en el orden de la magnitud de las deflexiones de la vertical del punto Datum (pilastra sur del Observatorio Astronómico de bogotá). estos son grandes ya que el elipsoide de referencia utilizado (Internacional de 1924) no es muy cercano al geoide, su radio ecuatorial excede a aquel en aproximadamente 250 m. Los ángulos de rotación reflejan la precisión de las observaciones astronómi-cas, dada su magnitud tan pequeña podrían obviarse y asumirse paralelismo entre los ejes coordenados de los sistemas de referencia MAGNA - SIRGAS y Datum bogotá. el factor de escala en las secciones antiguas

de la red en las secciones antiguas de la red alcanza 10-5, mientras que para las partes más recientes su valor varía en torno a 10-6, lo que refleja los avances técnicos en la medición de distancias, [1].

2.37 TRANSFORMACIÓN BIDIMENSIONALAFÍN

Complementa la transformación, de tal modo que la forma del objeto o red transformada sea refinada mediante un modelo matemático suplementario que minimice las distorsiones existentes y que mejore la precisión de las coordenadas resultantes. Una vez aplicado el modelo Molodensky-badekas, se adelanta una transformación afín de 6 parámetros, calculada con coordenadas planas (Gauss – Kruger o cartersianas). el modelo matemático correspondiente es:

𝐸=𝑘𝑐𝑜 𝑠∝E´ +(lsenβ)N´+c (3)𝑁=−𝑘𝑠𝑒𝑛∝E´ +(lcosβ)N´+f (4)

Siendo:

[N, e ]: Coordenadas planas (Gauss-Kruger o carte-sianas) calculadas con la latitud (Φ) y la longitud (λ) transformadas al utilizar los parámetros Molodensky – badekas.

[N, e]: Coordenadas planas (Gauss-Kruger o carte-sianas) calculadas con la latitud (Φ) y la longitud (λ) observadas directamente con el GPS.

𝑘𝑐𝑜 𝑠∝=alsenβ =b𝑘𝑠𝑒𝑛∝=dlcosβ =e

a, b, c, d, e y f: Permiten conocer las traslaciones, rotaciones y cambios en el factor de escala sobre los ejes N, e mediante:

𝑘= 𝑎2+ 𝑑2𝑙= 𝑏2+ 𝑒2∝ =arctan 𝑑𝑎𝛽=arctan 𝑏𝑒

54


La transformación afín se calcula para áreas pequeñas, como por ejemplo: ciudades o municipios. Por esta razón, existen tantos conjuntos de parámetros como zonas individuales de análisis, [1].

2.38TRANSFORMACIÓNBIDIMENSIONALAPARTIRDECOORDENADAS BIDIMENSIONALES

Se aplica cuando el conjunto de datos que se desea transformar no cuenta con la componente vertical (altura

elipsoidal o sobre el nivel del mar), [1].

𝑑𝜑𝐹, 𝑑𝜆𝐹: Parámetros de transformación del Datum bogotá a MAGNA - SIRGAS (Tabla 3).

𝛿𝜑, 𝛿𝜆: Cambios en latitud y longitud del punto de cálculo al ser transformado de Datum bogotá a MAGNA-SIRGAS.

𝜑𝐹, 𝜆𝐹: Coordenadas del punto datum (Observatorio Astronómico de bogotá) en Datum bogotá.

𝜑, 𝜆: Coordenadas en Datum bogotá del punto que se desea transformar

𝑑ℎ𝐹: Diferencias de las alturas elipsoidales del punto datum (Observatorio Astronómico de bogotá) sobre MAGNA-SIRGAS y el Datum bogotá. Dado que estas alturas se asumen idénticas 𝑑ℎ𝐹=0.

𝑑𝑎: Diferencia entre el semieje mayor del elipsoide asociado a MAGNA-SIRGAS (GRS80) menos el del elipsoide asociado al Datum bogotá (Internacional).

𝑑𝑓: Diferencia entre el aplanamiento del elipsoide asociado a MAGNA-SIRGAS (GRS80) menos el del elipsoide asociado al Datum bogotá.

𝑎: Semieje mayor del elipsoide del datum geocéntrico, es decir, MAGNA-SIRGAS (GRS80).

Las coordenadas del punto de cálculo en MAGNA-SIRGAS (𝜑′, 𝜆′) están dadas por:

𝜑′= 𝜑+𝛿𝜑 (6)

𝜆′= λ+𝛿𝜆 (7)

𝛿𝜑=[𝑐𝑜 𝑠𝜑𝐹𝑐𝑜 𝑠𝜑+𝑠𝑒𝑛𝜑𝐹 𝑠𝑒𝑛𝜑𝑐𝑜 𝑠(𝜆−𝜆𝐹)] 𝛿𝜑𝐹− 𝑠𝑒𝑛𝜑𝑠𝑒𝑛 (𝜆−𝜆𝐹)𝑐𝑜 𝑠𝜑𝐹𝛿𝜆𝐹+[𝑠𝑒𝑛𝜑𝐹𝑐𝑜 𝑠𝜑−

𝑐𝑜 𝑠𝜑𝐹𝑠𝑒𝑛𝜑𝑐𝑜 𝑠(𝜆−𝜆𝐹)] [𝑑ℎ𝐹+ 𝑑𝑎+𝑠𝑒𝑛𝜑𝐹2𝑑𝑓]+2𝑐𝑜 𝑠𝜑 (𝑠𝑒𝑛𝜑− 𝑠𝑒𝑛𝜑𝐹) 𝑑𝑓 (4)

𝛿𝜆=𝑠𝑒𝑛𝜑𝐹𝑠𝑒𝑛 (𝜆−𝜆1)𝑑𝜑𝐹+ 𝑐𝑜 𝑠 (𝜆−𝜆𝐹)𝑐𝑜 𝑠𝜑𝐹 𝑑𝜆𝐹−𝑐𝑜 𝑠𝜑𝐹𝑠𝑒𝑛 (𝜆−𝜆𝐹)[𝑑ℎ𝐹+𝑑𝑎+𝑠𝑒𝑛𝜑𝐹2𝑑𝑓][ 1 ] (5)

𝑎 𝑎

𝑎 𝑎𝑐𝑜 𝑠𝜑 𝑐𝑜 𝑠𝜑 𝑐𝑜 𝑠𝜑

55


2.39MODELOGEOIDALPARACOLOM-BIA(GEOCOL2004)

La utilización del Sistema MAGNA - SIRGAS está directamente relacionada con la definición de una superficie de referencia vertical que permita obtener alturas clásicas (referidas al nivel medio del mar) a partir de información GPS.

el objetivo del modelo es: Describir las implicacio-nes en su uso práctico para la obtención de alturas clásicas (sobre el nivel medio del mar-snmm) a partir de posicionamiento GNSS. el geoide (cuasi-geoide) en Colombia se ha determinado mediante la técnica ReMOVe/ReSTORe, [1].

2.40TÉCNICAREMOVE/RESTORE

Permite relacionar las características regionales (lon-gitudes de onda larga) del campo de gravedad, expre-sadas en un Modelo Conceptual Global (MGG), y sus detalles (longitudes de onda corta), obtenidos a través de la evaluación local del modelo físico matemático de Stokes o (Molodensky).

en el modelo GeOCOL2004, la componente geoidal global ha sido calculada con el modelo TeG-4 (Texas earth Gravity 4) y la local, con anomalías gravimétricas medias (2’x2’). Las alturas elipsoidales (cuasigeoidales) obtenidas oscilan entre 21 y 34 m, [1].

2.41 APLiCACiOnES PRÁCTiCAS DEL MODELO GEOiDAL (CUASiGEOiDAL) CALCULADO

Cálculo de alturas similares a las niveladas a partir de información GPS, lo que se traduce en la extensión del control vertical hasta áreas poco densificadas como los Llanos Orientales y las zonas selváticas del país. Diseño de una metodología de nivelación satelital que permite establecer alturas sobre el nivel medio del mar utilizando las elipsoidales, obtenidas de los levantamientos GPS ligados a MAGNA - SIRGAS, y las ondulaciones geoidales (cuasigeoidales) calculadas. Las alturas clásicas determinadas por este método presentan precisiones similares a las obtenidas por nivelaciones trigonométricas (±80 cm), [1].

3.ALTERNATIVASCOMPUTACIONA-LESPARACONVERTIRCOORDE-NADAS

3.1SOFTWAREMAGNASIRGAS_PRO

este paquete computacional se puede descargar del ftp://www.igac.gov.co/Investigación y Desarrollo/Geodesia. La ayuda del programa guía al usuario para el procedimiento de conversión. Los problemas que cotidianamente se deben resolver se describen en la Tabla 1.

el procedimiento de conversión se encuentra disponible como ayuda en el software indicado en el Asistente o Ayuda, lo cual facilita que cualquier usuario ingrese la información ya sea como punto individual o como listado de coordenada. Sin embargo, los pasos generales son:

• elaborar un listado de coordenadas y guardarlo como archivo de texto, esto se puede realizar en el bloc de Notas o guardando el archivo en excel con extensión “csv”.

• ejecutar el archivo Magna Sirgas_Pro• en la pestaña Conversión/Transformación, elegir la

opción Archivo. en la pestaña examinar se busca y se sube el fichero de texto con las coordenadas.

• en el bloque superior izquierdo se debe definir el Sistema de Referencia de Origen (bogotá ó Mag-na) y el Tipo de Coordenadas Origen (elipsoidales o Planas Gauss-Kruger). ya sea que se ingrese como punto individual o como archivo las coorde-nadas geográficas se deben colocar en formato de GG.MMSSSS.

TABLA 1. Problemas de conversión de coordenadas.

Tipo de Coordenadas Fuente Conversión Posible

aplicación

elipsoidales o geográficas GNSS Planas Gauss

Kruger

Amarre y orientación de un levantamiento. Diseños en Autocad.

Planas Gauss Kruger

estación total. Métodos convencio-nales de topografía.

elipsoidales

Superposición con información digital estructurada en bases de Geodatos.

56


• en el bloque superior derecho, se debe definir el Sistema de Referencia Destino (bogotá ó Magna) y el Tipo de Coordenadas Destino. es importante definir también el Origen Complementario, con el fin de disminuir el efecto de la distorsión ocasionada por la traslación de puntos del elipsoide a un plano bidimensional en zonas alejadas del origen de tangencia, (Figura 1, 2 y 3) [2].

3.2USODELMÓDULOARCCATALOGDEARCGIS

Para efectuar la conversión de coordenadas con el software ArcGIS se deben realizar los siguientes pasos:

3.2.1 Asignación del sistema de referencia de los datos de origen

• Crear un contenedor de datos o Personal Geoda-tabase. Para ello se crea una carpeta en cualquier ruta del disco duro. Se selecciona la carpeta y con clic derecho se escoge la opción New/ Personal Geodatabase, [3].

• Crea un feature class o elementos de la misma clase, al cual se le designa un nombre y se le asigna un sistema de referencia tal como bogotá (Colombia West Zone), siguiendo las opciones System Co-ordinate Projected/National Grids/Colombia West Zone, para el caso de las coordenadas planas o

FiGURA 1. Apertura del software Magan Sirgas_ProFiGURA 2. Apertura de la pestaña Conversión/Trans-formación. Alternativas: Punto individual ó Archivo.

FiGURA 3. estructura general de alternativas de conversión de coordenadas.

57


Geographic Coordinates/South América/SIRGAS para el caso de coordenadas elipsoidales en sis-tema MAGNA, [4].

• Seleccionar el contenedor de datos creado, dar clic derecho y elegir Import Multiple, se busca y se sube el archivo con las coordenadas de las entidades de estudio y se define el nombre del archivo de salida. Al ejecutar se dispone de un archivo en formato shape con un sistema de referencia de origen asignado, [3].

3.2.2 Asignación del sistema de referencia de los datos de destino

• Crear un contenedor de datos y un feature class al que se le asigna el sistema de referencia destino tal como Magna, siguiendo el mismo procedimiento indicado anteriormente, [3].

• Importar el archivo creado en el contenedor del numeral 3.2.1.

• Una vez se termine el proceso de importación se tiene un archivo con coordenadas convertidas, el cual se encuentra listo para su manipulación.

4.EJEMPLODEAPLICACIÓN

Con el fin de aplicar el procedimiento indicado ante-riormente, a continuación se toma como ejemplo los datos del posicionamiento estático de los mojones de referencia PR93 a PR109 de la vía Paletará – Isnos. La posición fue captada con el equipo Mobile Mapper 6 de Magellan, Figura 4 a 21 [2], [3] y [4].

en las Figuras 22 y 23 se indican los resultados de la representación de un eje vial en los sistemas de referencia, antiguo Datum bogotá Observatory y nuevo datum MAGNA-SIRGAS. Se mide la longitud del des-plazamiento en el origen de la vía.

5.CONCLUSIONES

Con la entrada en vigencia del nuevo sistema de re-ferencia geocéntrico MAGNA – SIRGAS en Colombia desde el año 2004, es necesario utilizar las coordena-das referidas a este datum con el fin de hacer compa-

FiGURA 4. Archivo shape obtenido con GPS Mobile Mapper 6. Contiene las capas eje y Puntos de Refe-rencia cada km. Sistema de referencia: WGS84.

FiGURA 5. Tabla de atributos de la capa Puntos de Referencia

tibles las tecnologías de navegación satelital con la información obtenida con las técnicas convencionales de topografía.

La disponibilidad de información básica del territorio nacional a escalas intermedias, en archivos digitales estructuradas en bases de geodatos con coordena-das geográficas tipo SIRGAS, requiere la conversión al sistema de coordenadas planas utilizadas en los

58


FiGURA 6. Creación de una Personal Geodatabase .

FiGURA 7. Creación de un Feature Class o elemen-tos de la misma clase.

FiGURA 8. Asignación del nombre del Feature Class.

FiGURA 9. Selección del tipo de coordenadas: Se escoge una de las opciones: geográficas o planas

59


FiGURA 10. Caso 1. elección del sistema de proyec-ción de coordenadas planas.

FiGURA 11. Alternativa 1: Selección del Datum bogotá: Colombia West Zone.

FiGURA 12. Alternativa 2: elección del Datum MAG-NA Colombia Oeste.

FiGURA 13. Caso 2: Selección del Sistema de coor-denadas geográficas.

60


FiGURA 14. elección de la región Sur América. FiGURA 15. elección del Datum SIRGAS (WGS 84).

FiGURA 16. elección del sistema de coordenadas vertical. ej, eGM96 Geoid ó WGS 1984.

FiGURA 17. Finalización del procedimiento del siste-ma de referencia de la base de geodatos.

61


FiGURA 18. Herramienta de importación del archivo shape al nuevo sistema de referencia.

FiGURA 19. Selección archivos shape y configu-ración base de geodatos de salida con el nuevo sistema de referencia.

FiGURA 20. entidades viales importadas al nuevo sistema.

FiGURA 21. Vista de la entidad vial. Puntos de Refe-rencia en coordenadas planas.

62


levantamientos altiplanimétricos de ingeniería civil a coordenadas geográficas con el fin de realizar proce-sos de superposición para efectos de la validación de los ejes viales y la generación de cartografía temática asociada al corredor vial, [4].

Con el fin de conectar los levantamientos altiplanimé-tricos al sistema de referencia moderno, se requiere el posicionamiento estático con la tecnología GNSS de mojones dispuestos convenientemente a lo largo del corredor a levantar. esta información corregida dife-rencialmente, permitirá conectar el levantamiento a un norte geográfico y asignar coordenadas a la estación de inicio del levantamiento vial. esta actividad requiere también de procedimientos de transformación de coor-denadas, para el que se tiene disponible la herramienta computacional Magna Sirgas_Pro suministrado por el Instituto Geográfico Agustín Codazzi, [2].

Cuando se tienen elementos viales obtenidos con tecnología satelital, estructurados en archivos de forma “shape”, se facilita presentarlos en sistemas de referencia diferentes utilizando la creación de bases de geodatos en el módulo ArcCatalog de ArcGIS9, en don-de en la versión 9.2 se encuentra disponible el nuevo sistema de referencia MAGNA, para los diferentes orí-genes complementarios empleados en Colombia para atenuar la distorsión ocasionada al proyectar puntos del elipsoide a un sistema bidimensional.

el Sistema MAGNA-SIRGAS es un marco geocéntrico preciso cuyo desarrollo se ha dado bajo los lineamientos de la geodesia internacional. está definido de acuerdo con los modelos físico-matemáticos y técnicas de medición más avanzadas del mundo. Constituye un marco nacional para la definición de coordenadas en Colombia. Sus precisiones son compatibles con las tecnologías modernas de posicionamiento. Facilita el intercambio de información georreferenciada entre los productores y usuarios de la misma en diversos sectores. Cuenta con una distribución homogénea de estaciones sobre todo el país y existen compromisos, a través del IGAC, para su mantenimiento y cualificación permanentes. Todos sus componentes garantizan la consistencia y precisión de los levantamientos geo-désicos ligados a este marco y lo convierten en una plataforma de referencia versátil, accesible y precisa.

FiGURA 22. Comparación del eje vial de la vía Pale-tará – Isnos entre el PR93 y el PR109, en sistema de referencia MAGNA y bOGOTÁ.

FiGURA 23. Desplazamiento de 500 m entre el inicio de la vía representado en los dos sistemas de refe-rencia.

63


es un marco de referencia apto para soportar, entre otras: el intercambio de información georreferenciada a escala nacional y mundial. Desarrollo de los S.I.G. nacionales, departamentales y municipales sobre una base de referencia única. Administración digital de infor-mación gráfica y numérica georreferenciada. Desarrollo e iniciativa ICDe (Infraestructura Colombiana de Datos espaciales) con compatibilidad mundial garantizada. Como plataforma de referencia para la definición y aplicación de los estándares de posicionamiento en Colombia, [1].

BIBLIOGRAFÍA

[1] SAnCHEZ RODRÍGUEZ, L. Adopción del marco geocéntrico nacional de referencia MAGNA–SIRGAS como datum oficial de Colombia. Documento digital en pdf. División de Geodesia. Subdirección de Geografía y Cartografía. Insti-tuto Geográfico Agustín Codazzi. 2004. bogotá.

[2] CORREA MUÑOZ, nixon y OTRO. “Metodología para la adquisición satelital en entidades viales”. Revista Ingeniería Hoy. No.30. Julio de 2009. Facultad de Iingeniería Civil. Universidad del Cauca.

[3] MOREnO JiMEnEZ, Antonio. “Sistemas y Aná-lisis de la Información Geográfica. Manual de aprendizaje con ArcGIS”. México: Alfaomega. 2006. 895 p.

[4]. CORREA MUÑOZ, nixon A. Notas de clase sobre “Sistemas de Información Geográfi-ca”. 2008.

APLICACIÓNDELATEORÍADELOSELEMENTOSFINITOSENLAINGENIERÍADESUELOS

FINITEELEMENTSTHEORYAPPLICATIONINTHESOILENGINEERING

Por:LuzEneidaBotinaMuñ[email protected] [email protected]

RESUMEn

En la actualidad, los muros de contención de tierra armada continúan mostrando excelente desempeño, exhibiendo muchas ventajas sobre los muros de contención convencional. No obstante, el comportamiento de este tipo de muros, de diversos materiales y con diversas geometrías y condiciones de cargas, no está completamente interpretado. Este artículo presenta una herramienta computacional que utiliza un modelo no lineal de elementos finitos, de interés en el análisis del comportamiento esfuerzo-deformación de muros de tierra armada. Se describe brevemente el modelo constitutivo utilizado para el análisis de no linealidad del suelo de relleno. La validez del sistema se muestra mediante un ejemplo ilustrativo cuyos resultados son satisfactoriamente aproximados a los experimentales. Con éste, es posible obtener la distribución del valor de los esfuerzos, deformaciones y desplazamientos dentro del material de relleno y refuerzo del muro.

Palabras claves: Muros de contención, muros de contención convencional.

______________

Recibido para evaluación: Agosto3de2009. Aprobado para publicación: Agosto20de2009.

1 IngenieraCivil.M.Sc.enVíasyTransportes–UniversidaddelCauca.2 IngenieroCivilM.Sc.enGeotecnia.Consultor.

65


ABSTRAC

At present, the reinforced soil retaining walls continue demonstrating excellent performance characteristics and exhibit many advantages over conventional retaining walls. However, the performance of this kind of walls of various materials and under various geometric and loading conditions is not fully elucidated. This article presents a computational approach that uses a non-linear finite element model, interesting in the stress-deformation behavior analysis from reinforced soil retaining walls. The constitutive model used for the non-linear behavior analysis of the refilled soil is shortly described here.The veracity of approach is exhibited by means of an illustrative example whose results are satisfactorily approximated to the experimental ones. Whit this system is possible to get the distribution values of stress, strain and displacements within refilled material and wall reinforcement.

Key words: Retaining walls, conventional retaining walls.

1.INTRODUCCIÓN

Uno de los factores más importantes y complejos a tener en cuenta en el diseño de estructuras que involucren la presencia de suelo, es inferir su verdadero comporta-miento frente a las solicitaciones impuestas.

Los avances en la Ingeniería Geotécnica buscan hacer una predicción más certera de las reales capacidades del suelo, para lo cual requiere de tres componentes:

• Modelos que describan el verdadero comporta-miento del suelo.

• Métodos para evaluar parámetros requeridos del suelo.

• Procedimientos computacionales para aplicar el modelo a problemas prácticos.

Uno de los métodos computacionales utilizados en el mundo actualmente, es el método de los elementos Finitos, el cual consiste en dividir la masa de suelo en elementos interconectados (malla de elementos finitos) los cuales poseen propiedades típicas del problema considerado (deformación, resistencia, consolidación, densidad, etc.), proporcionando soluciones mucho más acertadas a la realidad. estos modelos requieren de un conocimiento amplio, claro y confiables de todos los parámetros del suelo y de recursos computacionales muy versátiles para su desarrollo.

en esta ocasión, la teoría de los elementos finitos está

dirigida al cálculo de los esfuerzos y deformaciones presentes en un muro de tierra armada, teniendo en cuenta el comportamiento no lineal del suelo de relleno, para lo cual será creada una herramienta computacional que permita de manera ágil y confiable el logro de éste objetivo.

en el desarrollo de este sistema, se han tenido en cuenta las siguientes consideraciones: se trabaja en esfuerzos totales, análisis a corto plazo, no es tenido en cuenta el fenómeno de creep, no se considera la anisotropía del suelo, no hay modelo de comporta-miento para la interfase suelo-geotextil, por tanto, se consideran completamente ligados.

2.TEORÍADELOSELEMENTOS FINITOS

el método de los elementos finitos es un método numérico general para la aproximación de soluciones de ecuaciones diferenciales parciales muy utilizado en diversos problemas de ingeniería. en la actualidad, se dispone de una amplia bibliografía que la describe en detalle. Su uso en la ingeniería de suelos es bastante extenso y en esta oportunidad esta herramienta mate-mática será utilizada en la modelación del cuerpo de suelo que constituye un muro de tierra armada.

en este método de análisis, una región compleja que define un continuo se discretiza en formas geométricas

66


simples llamadas elementos finitos. Las propiedades del material y las relaciones gobernantes, son consideradas sobre esos elementos y expresadas en términos de valores desconocidos en los bordes del elemento. el conjunto de relaciones entre el valor de una determina-da variable entre los nodos se puede escribir en forma de sistema de ecuaciones lineales (o linealizadas). La matriz de dicho sistema de ecuaciones se llama matriz de rigidez del sistema, que unida a las cargas y restricciones existentes sobre el cuerpo, conforman un sistema de ecuaciones cuya solución representa el comportamiento aproximado del continuo, [1].

2.1ELEMENTOSFINITOSMAESTROS

el elemento maestro es aquel por el cual se transforma del elemento general a cada uno de los elementos que conforman la malla de la estructura. el elemento maestro se caracteriza por el número de nodos y por su geometría; se trabaja siempre en coordenadas locales, [1].

en la modelación del cuerpo del muro de tierra armada se utiliza, en este caso, un elemento maestro de con-figuración triangular implementado por su simplicidad en el manejo numérico y facilidad para la configuración del borde de geometrías complejas. este elemento es un triangulo de tres nodos con dos grados de libertad por nodo, su geometría debe ser tal de modo que sus vértices no estén alineados, esto implica que es óptimo en la configuración del triangulo que los ángulos sean agudos; es importante también que se guarde proporción de los lados del triangulo con el objeto que la configu-ración de las funciones de forma sean homogéneas en toda la malla de elementos finitos, [2]. Figura 1.

La Figura 2 muestra la malla de elementos finitos que tendría la estructura de un muro de tierra armada de acuerdo a una configuración dada.

2.3COMPORTAMIENTONOLINEALDELSUELO

Se entiende que un sistema es lineal cuando sus mag-nitudes de entrada y salida son proporcionales, es decir,

FiGURA 1. elemento triangular de tres nodos.

FiGURA 2. Representación de la malla de elementos finitos de un muro de tierra armada.

67


el comportamiento que describe sigue una línea recta. en la ingeniería de suelos, esta premisa ha sido usada para describir, analizar y entender el comportamiento de muchos materiales, aún cuando éste no sigue la regla.

Un análisis esfuerzo-deformación realizado a un suelo puede marcar comportamientos tales como los mos-trados en la Figura 3, indicando la no linealidad, [3].

La no linealidad en los materiales puede presentarse por comportamientos tiempo-dependientes o tiempo-independientes o a causa de grandes desplazamientos que alteran la forma de la estructura debido a que las cargas aplicadas alteran su distribución o magnitud. La no linealidad puede también estar asociada con desplazamientos muy pequeños, como en los proble-mas de esfuerzos de contacto y placas planas cuyos desplazamientos exceden su espesor. esta puede ser apacible o severa, [3].

Antes del desarrollo de los computadores, no era fácil ejecutar análisis de esfuerzos en masa de suelo por otro método que no fuese el de asumir comportamiento lineal elástico. Ahora, sin embargo, debido a la gran capacidad y velocidad de los computadores y a las poderosas técnicas de análisis numérico tales como el método de los elementos finitos, es posible realizar una aproximación no lineal del comportamiento inelástico de los suelos en un análisis de esfuerzos. Para reali-zar un análisis no lineal de los esfuerzos en el suelo, es necesario describir el comportamiento esfuerzo-deformación en términos cuantitativos y desarrollar técnicas que permitan incorporar este comportamiento en el análisis, [3].

en el desarrollo de este trabajo se ha adoptado una simplificada y práctica relación esfuerzo-deformación, desarrollada por R. L. Kondner (1963), la cual tiene en cuenta la no linealidad, esfuerzo-dependencia y la in-elasticidad del comportamiento de éstos. Comporta-miento que puede ser aproximado por medio del análisis con elementos finitos asignando diferentes valores de módulo a cada uno de los elementos en los que el suelo es dividido (malla de elementos finitos), mediante la implementación de la siguiente formulación, [3]:

€

Et = 1−Rf (1− senφ)(σ1 −σ 3)2c cosφ + 2σ 3 senφ

⎡

⎣ ⎢

⎤

⎦ ⎥

2

K paσ 3

pa

⎛

⎝ ⎜

⎞

⎠ ⎟

n

(1)

Donde:tE :Módulo tangente del suelo

€

σ1 −σ 3( ) : estado de esfuerzos principales del suelo

€

Ei : Módulo tangente inicial del suelo

€

Rf : Relación de falla. Varía entre 0.75 y 1.0 para la mayoría de los suelos

€

c : Cohesión

€

φ : Ángulo de fricción

€

K : Módulo número

€

n : Módulo exponente

€

Pa: Presión atmosférica

Los valores de K y n pueden ser determinados rápidamente de los resultados de una serie de pruebas triaxiales, dibujando los valores de Ei vs. σ3 en una escala log-log e interpolando

FiGURA 3. ejemplos de trayectorias de comporta-miento de los suelos.

68


la lineal que mejor se ajuste a los datos, así, K será el intercepto de esta curva con el eje y y n la pendiente.

3.SOFTWAREMTA

3.1MODELACIÓNDELMURO DETIERRAARMADACON ELEMENTOSFINITOS

La modelación del comportamiento esfuerzo-deforma-ción del muro con elementos finitos se realiza en dos dimensiones, de tal manera que se debe obtener una sección transversal típica que permita una representa-ción adecuada para el análisis de este comportamiento.

Un muro de tierra armada está conformado por uni-dades de diferentes materiales. Cada uno de estos materiales es representado digitalmente conservando la forma geométrica que tienen en el muro y son trata-dos como un objeto para el sistema. estos objetos son representados ya sea por un punto, una línea o una polilínea o una combinación de estas formas. La unión de todos los objetos conforma la representación gráfica del muro (Figura 6), [4].

Cada objeto posee dos propiedades importantes a saber:

1. Tipo de material que representa.2. Configuración de la malla de elementos finitos,

es decir, la separación espacial entre nodos, en sentido x y en sentido y.

Cada objeto tiene su propia configuración de malla. La unión de todas estas mallas conforma la malla global para el muro que se está representando. Una vez se tiene esta malla, se efectúa el proceso de triangulación, forzando a que los contornos de la geometría que repre-senta cada material sean lados obligados de triángulos de la triangulación.

Cada nodo y cada triangulo de la malla son enumerados y ubicados espacialmente sobre el muro. esto facilita el conocimiento de los esfuerzos y deformaciones que

estarán ocurriendo en cada sitio del muro, la ubicación de cargas y condiciones de borde.

Una vez conformada la malla de elementos finitos para el muro, a cada uno de los elementos que la integran se les deberá determinar su matriz de rigidez para finalmente obtener la matriz global de rigidez y vector de cargas de la estructura, requeridos para el análisis con elementos finitos.

La matriz de rigidez global y el vector de cargas serán afectados por las condiciones de borde del muro, es decir, las restricciones en movimiento dadas a nodos de la malla de elementos finitos.

3.2INCLUSIÓNDELANOLINEALIDADDELOSMATERIALESALA

MODELACIÓNDEUNMURO DETIERRAARMADA

La incorporación de la no linealidad de los materiales en el modelo de muro de tierra armada se realiza con una evaluación múltiple iterativa del comportamiento esfuerzo-deformación de éste asumiendo un compor-tamiento lineal en cada iteración, [4].

en cada evaluación realizada se calcula el módulo de elasticidad (e) de cada elemento de la malla de elementos finitos y depende del tipo de material que el

FiGURA 4. Técnica para aproximación del comporta-miento esfuerzo- deformación no lineal.

69


elemento este representando de acuerdo a su estado de esfuerzos actual, obedeciendo a una teoría dada. Para el caso de los elementos cuyo material es suelo el módulo e se calculará teniendo en cuenta la formulación de Kondner, enunciada anteriormente.

en cada iteración se observará que elementos han fallado, de acuerdo a los criterios de falla que han sido adoptados en el modelo, a dichos elementos se les asignará un módulo e muy pequeño.

Cada elemento de la malla de elementos finitos alcan-zará un valor máximo de resistencia que lo hará fallar. esta falla puede presentarse por tensión ó compresión.

Para determinar si un elemento esta fallado deben tener unos valores admisibles con los que se establecerá comparación entre el estado de esfuerzos en que se encuentra el elemento y los admisibles, [4].

Para el caso de elementos cuyo tipo de material es suelo, los esfuerzos máximos admisibles o de falla estarán dados por las siguientes expresiones:

€

σ1 falla = kσ 3 + 2c k (2)

€

σ 3 falla =σ1

k− 2c 1

k (3)

Donde:

€

σ1,σ 3 : esfuerzos principales: mayor y menor de cada elemento.

€

c : Cohesión del material suelo.

€

k =1+ senφ1− senφ

Para el material de refuerzo, en este caso los geosin-téticos, la falla se presentará cuando la tensión a la que se encuentre sometido este material sobrepase su tensión máxima permitida.

Para materiales como el concreto, que puede ser utili-zado en pantallas protectoras, hablando de muros de tierra armada, la falla se alcanzará cuando el elemento

finito que lo representa supere los esfuerzos de tensión o compresión máximos permitidos.

La falla global interna del muro estará controlada por la falla en el refuerzo, es decir cuando el geosintético supere su tensión máxima permitida.

el número de iteraciones requeridas para la evaluación del muro dependerá de la comparación del módulo e calculados en la iteración anterior y la siguiente en cada elemento, cuya diferencia no debe superar un error máximo permitido.

en la Figura 5 se esquematiza el procedimiento des-crito.

3.3DESARROLLODELSOFTWARE

Utilizando las teorías antes descritas, se ha desarrollado un código, diseñado en lenguaje Visual basic, para el análisis del comportamiento esfuerzo-deformación no lineal por el método de los elementos finitos para un muro de tierra armada con geosintéticos, modelado como un sólido en dos dimensiones (2D), [4].

Las características de mayor relevancia del programa son las siguientes:

• Posee una interface gráfica que permite al usuario crear de una forma fácil y dinámica la geometría del problema a analizar.

• Permite la definición de la malla de elementos finitos, la cual estará conformada por elementos triangulares, de manera automática y simultánea al diseño de la geometría del objeto problema.

• A través de una ventana de acceso de datos, se pueden crear los distintos materiales que permiten definir la estructura a evaluar. estos materiales serán considerados isotrópicos y la evaluación de su comportamiento podrá hacerse tanto en defor-maciones planas como en esfuerzos planos.

• La introducción de las condiciones de borde del problema, cargas puntuales y/o uniformes sobre la estructura se efectúa mediante la colocación de objetos sobre ella.

• el programa es versátil en el manejo de unidades,

70


FiGURA 5. Diagrama de flujo: análisis de no linealidad.

71


ya que permite el trabajo tanto en el sistema métrico decimal como en el sistema inglés.

• Posee una interfase con el usuario con base en ventanas, botones de comando, menús desplega-bles, cajas de texto, etc., que facilita la interacción usuario – sistema.

• Los resultados de esfuerzos obtenidos con esta aplicación, está limitada al cálculo de esfuerzos totales debido al alcance del proyecto.

Preprocesador:

Para la representación del muro se deben definir en el sistema los distintos tipos de materiales que lo com-ponen, por ejemplo: suelo, concreto, geosintético, etc.Cada material estará definido por sus propiedades, tales como peso unitario, módulo de elasticidad, relación de Poisson, etc. Alterno a la definición del material, se debe indicar si se trabajará o no teniendo en cuenta la no linealidad de su comportamiento.

niteraciones = niteraciones + 1

5 4

4

Et. = f (σ1,σ3,…) (Kondner)

Esig = Et * fr + Eact. (1 – fr)

5

Esig. > E inicial * %Pd

Fallado = FALSE

SI

NO

3

E actual = E sig.

2

Número total elementos

con cambio de < Máx.

Permitido

módulo

6

SI

NO

niteraciones < n max

1

SI

FIN

72


Cuando los materiales se van a trabajar teniendo en cuenta la no linealidad, se deben introducir los datos de esfuerzo y deformación obtenidos mediante ensayo de cada material. Para el caso de material tipo suelo, el programa MTA tiene implementado un modelo de comportamiento basado en la teoría de Kondner, descrita anteriormente, la cual requiere la definición adicional de cohesión y ángulo de fricción; es posible, también, introducir los resultados de una curva esfuerzo deformación que el usuario disponga del suelo que va a utilizar en el relleno del muro. Para los materiales restantes que componen el muro, en este programa no se ha adoptado modelo alguno para el análisis de su comportamiento, ni para la interfase entre uno y otro.

en la representación gráfica del muro se utilizarán cua-tro objetos a saber: polilíneas, nodos, cargas y apoyos. Todos estos objetos serán tra bajados en 2D, plano x, y.

Procesador:

Una vez generada la geometría de la estructura a evaluar y definido los parámetros relacionados con cargas, restricciones, materiales, se entra en la etapa de proceso de la información suministrada.

esta etapa involucra las siguientes actividades:

1. Generación de la malla de elementos finitos. en esta actividad se analiza la información suministra-da a cada polilínea relacionada con la separación

de nodos que generan el mallado dentro o sobre ella. este proceso se realiza de manera automática.

2. Triangulación. Una vez definidos los nodos constitu-tivos de la malla, se ejecuta sobre ellos el proceso de triangulación. en este proceso se consideran los contornos definidos por las polilíneas como líneas de quiebre del sistema, es decir, que ningún triangulo formará parte de dos tipos de material diferente.

3. Asignación de propiedades iniciales a cada ele-mento finito. Aquí se asigna de manera automática a cada elemento las propiedades mecánicas del material que representa. Si un elemento triangulo se encuentra dentro del contorno de dos polilíneas que representen diferentes tipos de material, se tendrá un parámetro dentro del sistema que permite resolver esta ambigüedad.

4. Elaboración de la matriz inicial de rigidez. Tenien-do en cuenta las propiedades asignadas a cada triangulo, se procede a generar su matriz de rigi-dez. Todas estas matrices elementales pasarán a formar la matriz global de rigidez inicial de toda la estructura que está siendo evaluada.

5. Condiciones de borde de la estructura. en la etapa de preproceso fueron asignados apoyos donde se requería, estos apoyos tienen restricción de movi-mientos en uno de los sentidos x o y o en ambos, esta restricción de movimiento hace que las filas y/o columnas en la matriz de rigidez global correspon-dientes al nodo restringido sean anuladas, proceso realizado en esta actividad.

6. Asignación de cargas. Sobre la estructura, en el preproceso, fueron asignadas cargas, indicando el tipo, magnitud y punto inicial y final de aplicación. Cuando se genera la malla, dependiendo del es-paciamiento dado a los nodos que la conforman, se tendrán algunos de éstos sobre los cuales la carga estará aplicada. Para el caso de una carga puntual se asigna al nodo correspondiente las componentes x e y de dicha carga y para el caso de cargas distribuidas, a cada uno de los nodos afectados se asigna en forma proporcional al área de influencia una carga puntual que la represente. Todas las cargas sobre los nodos, en sentido x e y pasan a formar el vector global de cargas. el vector de cargas al igual que la matriz de rigidez tendrá afectación de las restricciones de movimiento en los nodos con apoyo.

FiGURA 6. Representación gráfica de la estructura.

73


7. Cálculo de los desplazamientos. Con la matriz de rigidez y el vector de cargas de toda la estructura ya conformados, se procede a determinar el valor de los desplazamientos que se generan sobre cada nodo de la malla tanto en sentido x como en sentido y, por acción de las cargas presentes, resolviendo las ecuaciones para el análisis por elementos finitos.

8. Determinación del tensor de esfuerzos de cada elemento finito. Con el vector de desplazamientos obtenido en el paso anterior, se resuelve la expre-sión 3.50 para determinar el estado de esfuerzos actual de cada elemento finito.

9. Cálculo de esfuerzos principales. Utilizando el círculo de Mohr Coulomb se obtienen los esfuerzos principales,

€

σ1 y

€

σ 3 , sobre cada elemento a partir del tensor de esfuerzos obtenido anteriormente.

10. Falla de los elementos finitos. el estado de es-fuerzos principales de cada elemento se compara con los esfuerzos de falla, ya sea, a tensión o compresión de cada uno de éstos. Si el estado de esfuerzos actual supera los esfuerzos admisibles, el elemento se considera fallado.

11. Cálculo de los módulos de elasticidad teniendo en cuenta la no linealidad de los materiales y falla en los elementos. A los elementos cuyos materiales consideran no linealidad, teniendo en cuenta su estado de esfuerzos actual se recalcula el e, ya sea, utilizando el diagrama esfuerzo-deformación del material o utilizando la teoría de Kondner para el caso de material tipo suelo. A los elementos que se encontraron fallados en el paso anterior, se les asigna un valor de módulo muy bajo de modo que no intervengan en las siguientes iteraciones para el cálculo del nuevo e de los otros elementos.

12. Chequeo del cambio de módulo E en los elementos. Si al efectuar el cálculo de los e de los elementos se encuentra un cambio sustancial entre el valor anterior y el siguiente o si durante esa etapa algún elemento falló, se repiten los pasos del 4 al 11 hasta que se cumpla una de las siguientes condiciones:

€

Eanterior ≈ Esiguiente ∀ los elementos finitos

Número de iteraciones > Número máximo de iteraciones permitido

Posprocesador:

en esta etapa se analizan los resultados. Los valores calculados de esfuerzos y desplazamientos se pueden obtener tanto en forma gráfica como tabulada.

en forma gráfica el usuario puede tener:

Deformada de la estructuraDiagrama de esfuerzos

€

σ x, σ y, τxy

Diagrama de esfuerzos principales,

€

σ1, σ 3

4.APLICACIÓNDELSOFTWARE

A continuación se ilustrará la evaluación hecha a un muro de tierra armada utilizando el software MTA. Las características del muro y valores de parámetros de los materiales, han sido tomados de los que se indican en un prototipo a escala instrumentado al cual le fueron medidos sus esfuerzos y deformaciones, realizado en la Universidad de Colorado, [4].

La geométrica, configuración de cargas, apoyos y refuerzo del muro es la que se indica en la Figura 7. el relleno que conforma el cuerpo, es un material cohesivo con las siguientes características:

e = 1754.4 psiPeso unitario = 120 Lb/pie3

Cohesión = 1.91 psi, Angulo de fricción = 26o

Poisson = 0.43

Para el análisis de no linealidad del comportamiento del suelo de relleno, se requiere conocer los parámetros Rf, n y K, de acuerdo a la teoría de Kondner, descrita anteriormente. Para este muro se tiene:

€

Rf = 0.83n = 0.06K =144

La magnitud de la carga a la cual está sometido el muro es de 15 psi. en el análisis no se tendrá en cuenta el peso propio del material.

74


La configuración de la malla de elementos finitos y triangulación sobre la estructura se presenta en la Figura 8 y tiene un espaciamiento en x y y de 3 pulgadas.

A continuación se calculan los esfuerzos y deforma-ciones de la estructura, para lo cual el software MTA realiza un proceso iterativo, obteniéndose un máximo de desplazamiento en sentido x en toda la estructura de

1.06 pul, a la altura de 60 pul. y un descenso máximo de la superficie del muro de 2.22 pul. en la Figura 9 se presenta la deformada de la estructura. Para una mejor visualización se ha utilizado un factor de mayoración gráfica de 1:3.

A continuación se mostrará el comparativo entre los resultados medidos en el prototipo y los calculados con el software MTA.

FiGURA 7. Configuración del muro.

FiGURA 8. Configuración de la malla de elementos finitos.

75


FiGURA 9. Deformada de la estructura al final del proceso

Nota: Del programa se obtienen los valores de es-fuerzos y deformaciones en cada elemento de suelo y geotextil de la malla, no solo los valores máximos en toda la estructura.

FiGURA 10. Desplazamiento horizontal de la cara del muro. (a) Prototipo; (b) Análisis con MTA.

FiGURA 11. Desplazamiento vertical de la superficie del muro (a) Prototipo; (b) Análisis con MTA.

(a)

(a)

(b)

(b)

76


5.CONCLUSIONES

el MeF constituye actualmente una de las herra-mientas fundamentales para el estudio del compor-tamiento de elementos y estructuras de contención; principalmente en el ámbito de la investigación, permitiendo que se creen herramientas tales como la presentada en este documento, útiles en la práctica común de la ingeniería.

Se encontró un alto grado de aproximación de los resultados obtenidos del análisis con MTA versus los medidos reportados para el muro a escala tomado como referencia.

el software desarrollado se convierte en una herra-mienta que permite calcular de manera económica el diseño de estructuras de contención tipo tierra armada, convirtiéndose así, en un aporte al entorno global.

6.REFERENCIASBIBLIOGRÁFICAS

[1] COOK, Robert Davis. 1974. “Concepts and appli-cations of finite element analysis”, copyright by John Wiley & Sons, Inc.

[2] HURTADO, Jorge Eduardo. “Introducción al análisis estructural por elementos finitos”. Universidad Nacional de Colombia, Manizales.

[3] DUnCAn, James M. and CHAnG, Chin-Yung. 1970. “Nonlinear analysis of stress and strain in soil”. Journal of the Soil Mechanics and Funda-tions Division, Vol. 96 NO.SM5. September 1970.

[4] BOTinA MUÑOZ, Luz Eneida. 2010. “Aplicación de la teoría de los elementos finitos para simular tierra reforzada con geosintéticos, teniendo en cuenta el comportamiento no lineal del suelo”. Tesis de Maestría, Universidad del Cauca.

6.1 OTRA BiBLiOGRAFÍA COnSULTADA:

[1] CHAnDRUPATLA & BELEGUnDU. “Introducción al estudio del elemento finito en ingeniería”. Prentice Hall, segunda edición.

[2] PHiL n.; WinTERKORn Hans F. and HSAi-YAnG FAnG. 1975. “Foundation engineering handbo-ok”, Litton educational Publishing, Inc.

[3] JOnATHAn T.H. Wu. 1992. “Geosynthetic - reinfor-ced soil retaining walls”, University of Colorado at Denver.

[4] MOAVEni, Saeed. 1999. “Finite element analysis, theory and application with ANSyS”. Prentice Hall.

[5] RiVERA CAiCEDO, Luciano. 2004. “Muros de contención de suelo reforzado con cintas me-tálicas y geosintéticos”. editorial Universidad del Cauca, primera edición. Popayán.

[6] SOLAnO F., Efraín. 2003. “Tesis de maestría: Generación del modelo digital de un terreno a partir de datos topográficos“. Univ. del Cauca, Popayán.

[7] www.google.com “Tipología de muros de conten-ción”.

[8] www.arquitectura.com.ar

[9] www.google.com “estabilidad de edificios y construcciones”.

DIAGNÓSTICOYPROPUESTAPARAELUSORACIONALYEFICIENTEDELAGUAENEL

EDIFICIODEINGENIERÍADELAUNIVERSIDADDELCAUCA

DIAGNOSISANDPROPOSALFORTHERATIONALANDEFFICIENTUSEOFWATERINTHEENGINEERINGBUILDINGOFTHE

CAUCAUNIVERSITY

Por: JulioCésarGilS.1 [email protected] DeisyMaricellaCabezasL.2 [email protected] LeidyAlexandraRojasB.2 [email protected]

RESUMEN

Se realizó un diagnóstico para conocer la situación actual del uso del agua en el edificio de ingeniería de la Universidad del Cauca. Inicialmente, mediante el registro de las facturas de consumo de agua se identificó el edificio de ingeniería como la dependencia con mayor demanda en la Institución. Allí, se identificaron como áreas de consumo: baños, cuartos de aseo, laboratorios, cafetería y residencias. Se hizo el inventario de estas áreas, registrando estado de equipos, funcionamiento y volumen de descarga en inodoros; además, se midió el caudal de agua utilizado en lavamanos, orinales y duchas. Para conocer la frecuencia de uso de estos servicios se realizaron encuestas a estudiantes, personal de aseo, laboratoristas y residentes. Una vez conocidos los caudales se estimó el volumen diario, semanal y mensual consumido y se determinó el balance global y el mapa de prioridades para la creación de opciones que contribuyeran a la disminución y mejor uso del agua en cada una de las áreas de consumo consideradas.

Palabras claves: agua, encuesta, consumo.

______________

Recibido para evaluación: Julio27de2009. Aprobado para publicación: Agosto11de2009. 1 IngenieroQuímico.ProfesorDepartamentodeIngenieríaAmbiental.UniversidaddelCauca.2 IngenieraAmbiental.UniversidaddelCauca.

78


ABSTRACT

A diagnosis was carried out to know the current situation of water used in the engineering building of the Cauca University. Initially, from the water consumption data the engineering building was identified as the location with the highest consumption at the Cauca University. There, the consumption areas were restrooms, cleaning rooms, laboratories, cafeterias and dormitories. The inventory of these areas was done by registering equipment conditions, operation and volume of toilet flushes; besides, the water discharge was measured in lavatories, chamber pots and showers. In order to know how often these services are used, students, cleaning staff, lab staff and residents filled surveys in. Once the water discharges were known, it was possible to determine daily, weekly and monthly the volume consumed. This made easy to do a global balance and a priorities map which permitted to propose several options for the better use of water in each one of the areas above mentioned.

Key words: water, survey, consumption.

1.INTRODUCCIÓN

el agua es un bien necesario para la humanidad, del 75% que conforma el planeta, el 2.5% es agua dulce y solo el 5% está accesible para el hombre. el agua es de importancia decisiva para el ser humano, como ser vivo su cuerpo está compuesto de un 60% por ella, además es un recurso importante para llevar a cabo: limpieza del cuerpo, lavado de ropa y otro tipo de actividades (ZARIDe HAZMINe, 2004), [1]. Por esta razón este recurso se considera indispensable e invaluable en los procesos fisiológicos, necesarios para la supervivencia.

La demanda de agua y su proyección de crecimiento está determinada básicamente por el uso, que a su vez se rige por el mercado, la oportunidad y disponibilidad del recurso y los planes de desarrollo y ordenamiento territorial (SANCHeZ, 2002), [2]. el aumento de la población en cantidades alarmantes ha hecho que esta sea usada de forma irracional comprometiendo la disponibilidad futura, esto ha llevado a las entidades gubernamentales a crear leyes reguladoras y restric-tivas que permitan un mejor manejo del agua con la finalidad de preservarla. Los aspectos ambientales han venido abriéndose paso en la sociedad durante el último decenio como una crítica al estilo de desarrollo y en la búsqueda de mejorar la calidad de vida de la población actual y las futuras generaciones, en este sentido la Universidad como órgano social de utilidad colectiva debe desempeñar un papel importante en el desarrollo del saber ambiental (AMAyA RAMIReZ, 1998), [3].

La Universidad del Cauca, al ser una entidad del estado, no es ajena a esta problemática por lo que se da comienzo a un Plan General de Gestión Ambiental que busca preservar, conservar y mejorar el uso de los recursos disponibles al interior de la Institución, estableciendo dentro de sus objetivos el diagnóstico, mantenimiento y manejo del agua. Contribuyendo con ello se da comienzo al diagnóstico y propuesta para el manejo uso racional y eficiente del recurso hídrico en el edificio de Ingenierías de la Universidad del Cauca, esta investigación busca reunir la información necesaria sobre el manejo del agua en el edificio de Ingenierías, que permitirá determinar el estado actual del uso del recurso en la Institución y conllevará a el planteamiento de alternativas que contribuyan al buen manejo del agua para conseguir un desarrollo sustentable que involucre a toda la comunidad estudiantil y de directivos.

2.METODOLOGIA

Para el desarrollo del proyecto se utilizó la información de los consumos de agua de la Universidad del Cauca suministrada por el Área de edificios, con ellos se realizó una comparación de los volúmenes utilizados por dependencias mostrando al edificio de Ingenierías como el centro de costo con mayor incidencia en el consumo, representando un 28% del consumo total (Figura 1), por esta razón se eligió como centro piloto para el desarrollo del proyecto.

el edificio de Ingenierías de la Universidad del Cauca, sector Tulcán comprende las instalaciones de Ingenie-rías, Instituto de Postgrados y Residencias Masculinas

79


Laboratorios (Hidráulica, Materiales, Suelos y Pavimen-tos, Ingeniería Ambiental y Sanitaria), aseo (limpieza de la Institución), estudiantes (frecuencia de uso de los cuartos de baño), residencias masculinas universitarias, otros (cafetería universitaria, fugas y daños).

FASE 2. Seguimiento en las áreas de estudio de-terminadas

Baños, Facultad de ingenierías. Se realizó el inven-tario de los sanitarios, lavamanos y orinales presentes en el edificio, haciendo observaciones del estado en general (fugas de agua, falta de accesorios, funciona-miento, entre otros), capacidad de descarga en el caso de los sanitarios, y el funcionamiento de las grifos para los lavamanos y orinales.

en la medición de volúmenes, se usó el método de aforo volumétrico directo para los lavamanos y ori-nales; para el sanitario se tomaron las medidas del tanque de almacenamiento y se obtuvo el volumen almacenado, el cual fue comparado con el descrito por el fabricante. Con el fin de determinar los servicios y la frecuencia que los estudiantes hacen uso del cuarto de baño se realizaron encuestas procesando la información con el paquete estadístico SPSS versión 17.0 para Windows.

Aseadores. Conociendo la información de horario de trabajo diario, número de aseadores presentes en el edificio de Ingenierías y área de postgrados se realizó el seguimiento del personal durante sus jornadas de tra-bajo con el fin de determinar las actividades realizadas, cuantificar el tiempo que se demoran en llevarlas a cabo y el caudal de flujo (alto, medio, bajo) que utilizaban al realizar las actividades. Debido a que sus labores van variando de acuerdo a los días de la semana al igual que sus horarios de trabajo se aplicaron encuestas a todo el personal para complementar la información. Para determinar en promedio el caudal alto, medio y bajo empleado se usó el método de aforo volumétrico directo (probeta/cronómetro).

Laboratorios de ingenierías. Las instalaciones cuen-tan con tres laboratorios para el desarrollo de prácticas de los estudiantes, el seguimiento se realizó de la siguiente forma:

FiGURA 1. Consumo promedio anual Unicauca en el 2008.

Universitarias. Para conocer la situación actual del área de interés, respecto a la demanda del recurso hídrico en relación a las demás dependencias de la Universidad se creó una base de datos con los consumos de agua en los últimos cuatro años (2005-2009).

2.1UBICACIÓNDELASÁREASATRA-BAJAR

Con los planos de planta del edificio de Ingeniería suministrados por el Área de edificios se estableció la ubicación de los lugares que utilizan agua dentro de las instalaciones y de esta manera se identificaron las actividades realizadas en cada área para cuantificar posteriormente en cada una de ellas su demanda. en el caso de residencias masculinas universitarias no se cuenta con planos por lo que se realizó un bosquejo en planta y su respectiva subdivisión a manera de ejemplo de uno de los bloques.

2.2ELABORACIÓNDELDIAGNÓSTICO

La elaboración del diagnóstico se dividió en cuatro fases:

FASE 1. identificación de áreas

Las áreas identificadas en el edificio de Ingenierías fueron las siguientes:

80


Para el Laboratorio de Hidráulica se obtuvo la infor-mación del programa de las prácticas a llevar a cabo durante el semestre y el número de grupos que las realizan.

Se establecieron las prácticas que utilizaban agua de acueducto y las que para su desarrollo recirculaban el agua entre los tanques que se encuentran dentro del la-boratorio, se midió el volumen de todos los implementos utilizados en las diferentes prácticas y de los tanques, para conocer la cantidad de agua demandada de cada uno de ellos y por último se establecieron los tiempos promedio de cada práctica y sus respectivos caudales utilizados usando el método de aforo volumétrico directo (balde/cronómetro).

Para el laboratorio de materiales, suelos y pavimentos se usaron los valores cuantificados en el trabajo de grado “Diagnóstico y formulación del plan de gestión ambiental para el laboratorio de materiales, suelos y pavimentos de la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad del Cauca”.

en el laboratorio de Ingeniería Ambiental se identificaron las prácticas donde se demanda agua, teniendo en cuenta además el seguimiento a los tesistas que están desarrollando sus pruebas durante toda la semana y el consumo presente por el lavado de implementos.

Residencias Masculinas Universitarias. Una vez determinadas las actividades realizadas que demanden el uso de agua dentro de las residencias, se realizó la misma metodología aplicada para los cuartos de baño, Facultad de Ingenierías. en el caso de los lavaderos se tomaron las medidas necesarias con cinta métrica para conocer el volumen almacenado en estos tanques y se efectuaron encuestas a los residentes para conocer las actividades desarrolladas durante la semana donde se use el recurso y la frecuencia con la que se llevan a cabo. Para determinar el tiempo de cada actividad, se realizó seguimiento personal a algunos residentes durante días ordinarios y festivos.

Otros. Para estimar el consumo de agua proveniente de otras áreas como cafetería universitaria, se realizó un seguimiento detallado debido a que se identificó que no existe una frecuencia promedio en su deman-

da, dado que, en cafetería no se sigue una rutina y varía dependiendo de los usuarios de este servicio, es por esto que se hizo la toma de tiempos de apertura de la llave durante jornadas de funcionamiento. Para cuantificar los daños, fugas, identificadas durante el transcurso de inventarios se procedió a aforar por el método volumétrico directo, llegando a un valor estimado.

FASE 3. Seguimiento global del Edificio de ingenie-rías en la demanda del recurso hídrico

Una vez identificadas las actividades y frecuencias en que se desarrollan por día dentro de las instala-ciones, se llevó a cabo un seguimiento por horas, días y semanas para realizar el respectivo análisis de demanda de agua reportado por el procesamiento de la información de la fase 2 y la toma de la lectura que registra el contador.

FASE 4. Elaboración del balance y mapa de prio-ridades

Para conocer la demanda del recurso hídrico por áreas y las que presentan mayor consumo, se utilizó el pro-grama SPSS versión 17.0 para el procesamiento de las encuestas y Microsoft Office excel para recopilar toda la información obtenida en la fase 2 y 3 con la cual se calculan las respectivas demandas resultantes de la unión de varias variables analizadas.

3.ELABORACIÓNDELA PROPUESTA

Finalmente, conociendo los consumos de agua por áreas, se realizó el balance global de las actividades que fueron cuantificadas durante el desarrollo del proyecto, representándose los valores en porcentaje a fin de identificar las actividades e implementos en donde se presenta desperdicio, considerándose como áreas de mayor prioridad para la intervención inmediata a través de propuestas que ayuden a reducir estos volúmenes. estas propuestas se plantearon teniendo como base los beneficios ambientales y económicos que traería consigo el poner en marcha las alternativas sugeridas.

81


4.RESULTADOS

Baños, Facultad de ingenierías: para conocer la de-manda de agua en los baños se cuantificó el número de sanitarios en funcionamiento presentes en el edificio de Ingenierías (hombres 29 y mujeres 32), posteriormente se realizó un promedio de descarga (área de altura de llenado – área altura de descarga), teniendo en cuenta el volumen real almacenado en los tanques del inodoro, valor obtenido a través de mediciones con cinta de las dimensiones del tanque y la altura del agua. el promedio descargado para el baño de hombres fue de 7.548 L y para mujeres de 7.840 L, estos valores registrados indican que en promedio los sanitarios de mujeres son los que mayor descarga producen por persona. La descarga producida es mayor a la reportada por el fabricante, diferencia que representa buena parte del desperdicio que se produce. Para cuantificar el volumen de los lavamanos se realizaron seguimientos cronometrando el tiempo que un estudiante se demora en utilizar el servicio y se midió el caudal usado para realizar la actividad, obteniendo así los valores pro-medios estimados; en el caso de los orinales, se tomó como referencia el tiempo de 8 segundos/persona y se relacionó con los caudales promedios medidos usando el método de aforo volumétrico directo.

Frecuencias en el uso de los baños y sus servicios. Para calcular la población demandante y la frecuencia del uso de los baños se realizaron encuestas a una muestra representativa de estudiantes. el tipo de mues-treo a aplicar es el probabilístico aleatorio estratificado, donde todos los componentes del universo tendrán la misma probabilidad de ser escogidos para su análisis, la muestra consta de tres estratos que se encuentran conformados por los estudiantes de la Facultad de In-geniería Civil (FIC), Facultad de Ingeniería electrónica (FIeT) y los estudiantes de otras Facultades, con el fin de obtener un análisis de la muestra proveniente de todos los estratos que se encuentran conformando la población. Para el cálculo del tamaño de la muestra se utilizó la ecuación a continuación.

€

n =Z 2NPQ

NE 2 + Z 2 *PQ

n = Tamaño de la muestra, E = 0.05 (5%), Z = 1.96, n = 2598 Universo total de estudiantes matriculados en la Facultad de Ingenierías para el primer periodo del 2009, P = 0.5 (50%) Probabilidad a favor, Q = 0.5 (50%) Probabilidad en contra. el número de muestra (n) calculado es de 335 estudiantes aplicado para la Facultad de Ingenierías. Para el estrato de otros estu-diantes diferentes a los matriculados en la Facultad de Ingenierías y disminuir el porcentaje de error debido a que no se especifica en ningún momento el número de mujeres y hombres que hay dentro de las instalaciones se aplicaron 110 encuestas más de las establecidas, teniendo un total de encuestas de 445, esto debido a que en la Facultad de Ingenierías existe una población flotante proveniente de otras facultades que hacen uso de los servicios que brindan las instalaciones dentro de los cuales se encuentran los cuartos de baños, por lo que es importante destacar que las encuestas se aplicaron a to-das las posibles poblaciones existentes dentro del edificio.

Las encuestas fueron procesadas en el programa SPSS 17.0. Con esta información se cuantificó porcentual-mente la frecuencia con la que los estudiantes utilizan el cuarto de baño, mostrando que el 70.7 % de los hombres y el 70% de las mujeres utilizan los cuartos de baño con una frecuencia de 1 a 2 veces por día, además permitieron establecer que el servicio más utilizado por los estudiantes es el lavamanos con un 96.28 %, seguido del servicio del inodoro con un 57.75% y finalizando con los orinales con un 54.83%. Para la muestra en residencias masculinas universitarias, se realizó el mismo procedimiento, teniendo en cuenta los siguientes valores: N=120, e=0.08 (8%) error máximo permitido y Z= 1.75 para un nivel de confianza del 92%.

Demanda de agua. Con la finalidad de determinar los resultados generales en cuanto a la demanda del recurso hídrico y la frecuencia con la que son utiliza-dos diariamente los servicios (inodoro, lavamanos y orinales), se relacionó la información de los volúmenes calculados de cada uno de ellos con la información obtenida a través de las encuestas. Los valores regis-trados en la Tabla 1 muestran que el día jueves reporta la mayor demanda con un 20% del total semanal y el sábado representa la menor demanda con un 3.31% consecuencia de la disminución en las actividades académicas para este día.

82


Con la información registrada en las encuestas se clasificó a los estudiantes dependiendo de la frecuencia de uso: 1 a 2 veces, 3 a 5 veces, 6 o más veces al día. Teniendo como 1.5 el factor que representa la frecuencia entre 1 a 2 veces/día, 4 una frecuencia entre 3 a 5 veces/día y 6 una frecuencia mayor a este y utilizando los caudales promedio registrados en el inventario. Tenemos que.

esta operación se repite para obtener el volumen total usado diariamente:

el consumo 2 representa las estudiantes que usan el baño entre 3 y 5 veces/día (31 personas) y consumo 3 los que lo usan entre 6 veces o más (7 personas), de igual manera se halla el volumen diario usado por los hombres. Al final, se suma el consumo de hombres y el consumo de mujeres presentado en el día de la semana calculado.el anterior dato debe ser llevado a la población total de 2495 estudiantes.

el mismo procedimiento se realiza para el cálculo de los consumos de los demás servicios y para cuantificar los consumos en residencias universitarias.

Aseadores. Para conocer el volumen utilizado por los aseadores se realizó la caracterización de las actividades que demandan agua obtenida a partir de la aplicación de encuestas y del seguimiento realizado para medir los caudales que se manejan (altos, medio, bajo) dependiendo de la actividad que se lleve a cabo, estos caudales específicos solo fueron utilizados para el lavado del trapo (caudal bajo promedio de 0.407 L/s), lavado de escoba (caudal medio promedio 0.421 L/s) y lavado y enjuague del trapero (caudal alto promedio

TABLA 1. Consumo dentro de los baños durante la semana.

DiA SEMAnACOnSUMO (m3)

TOTALSAniTARiOS LAVAMAnOS ORinALES

Lunes 21.595 3.988 1.150 26.733Martes 27.903 5.163 1.021 34.087Miércoles 27.264 5.026 1.396 33.686Jueves 27.470 5.032 1.455 33.957Viernes 26.144 4.737 1.177 32.058Sábado 4.500 0.792 0.206 5.498m3/semana 134.875 24.738 10.250 166.019m3/mes 539.5 98.952 41.00 664.076

0.483 L/s), para las demás actividades se utilizaron los caudales promedios calculados realizando las respecti-vas mediciones a cada servicio y encontrando un valor estimado registrado en el inventario. Conociendo el itinerario semanal de los aseadores, se pudo cuantificar la frecuencia diaria y los consumos por actividad reali-zada para el aseo de las instalaciones, siendo el lavado y enjuague de traperos el más alto representando un porcentaje del 59% del total de agua que se requiere para el desarrollo de dicha actividad; aunque es un porcentaje bastante alto es consistente con respecto a la gran área que tiene el edificio de Ingenierías y por esto se requiere lavar el trapero con mayor frecuencia, considerando que por Ingenierías transita un gran

83


número de estudiantes constantemente por lo cual se requiere repetir esta actividad varias veces por día (Tabla 2).

TABLA 2. Consumo promedio utilizado en el desarrollo de las actividades de aseo en el edificio de Ingenierías.

ACTiViDAD Frecuencia/día Volumen (m3/día) Volumen (m3/mes)Lavado de sanitarios 2 1.196 28.704Lavado de lavamanos 2 0.36 8.64Lavado de los orinales 2 0.107 2.568Lavado de escoba 2 0.058 1.392Lavado y enjuague de trapero 12 3.06 73.44Lavado de trapos 4 0.368 8.832TOTAL 24 5.194 123.576

Con el caudal promedio en los sanitarios de hombres y mujeres y basados en el seguimiento se calcula la demanda en el aseo de sanitarios en dos partes:Todos los sanitarios son descargados antes de limpiarlos

Se toma el valor de 0.006 (m3/día) que representa el volumen estimado que usan los aseadores para el enjuague y limpieza de los sanitarios por cuarto de baño para un total de 20 cuartos, con una frecuencia de 2 veces por día. en base al cálculo anterior se realizó el de lavado y enjuague del trapeador, teniendo como referencia tiempos estimados de 27.59s, 38.40s respectivamente. Laboratorio de Hidráulica. el volumen usado en el Laboratorio de Hidráulica se determinó teniendo en cuenta: prácticas y número de grupos que las realizan durante el semestre, volumen de agua de los tanques de almace-namiento del laboratorio, volumen de los tanques pequeños con los que cuentan algunos equipos.

en cada práctica realizada, se cuantificó el caudal con el que se trabajaba a través del método de aforo volumétrico directo y se cronometró el tiempo de duración de cada una de ellas. Dado que en el Laboratorio de Hidráulica se hace recirculación de agua en los tanques el consumo real utilizado por semestre es el proveniente de la práctica 8(34.376 m3) la cual es la única que utiliza agua del acueducto y del volumen de agua de los tanques (0.589 m3) que se utilizan para la recirculación, siendo 11 grupos que realizan esta práctica, entonces:

Al estudiar el consumo total de agua utilizado para el desarrollo de las prácticas de laboratorio durante el semestre se obtuvo un total de 993.399 m3, del cual solo el 38.12% (378.725 m3) es proveniente del acueducto y el restante es agua recirculada entre los tanques presentes en el laboratorio. Durante el transcurso del seguimiento se encontró que en el tanque profundo 3 había una filtración proveniente del nivel freático que alcanzaba un volumen de 13.009 m3 en un tiempo determinado. el seguimiento mostró que en el primer día alcanzó un volumen de 5.259 m3, lo que equivale a un caudal de entrada de 0.0609 l/s, para el segundo día se observa un aumento mucho menor reduciendo en un 53% el caudal de ingreso por infiltración hasta llegar a un volumen constante durante los siguientes días. el seguimiento arrojó que este volumen de 13.009 m3 en el tanque se mantiene durante los días de invierno, en caso contrario se llegó a reportar un volumen de 9.587 m3 por lo cual se deduce que durante época de verano se da

84


una pérdida de agua en el nivel del tanque que puede con llevar a al uso de agua del acueducto para el desarrollo de las prácticas. el agua proveniente de la infiltración se caracterizó mostrando un pH más cercano al neutro (7.09) en comparación con el agua de grifo analizada y la turbiedad presente en la muestra (48 ntu) es más alta que la de acueducto debido a que proviene de aguas subterráneas que se encuentran en constante movimiento a través del suelo. esta caracterización nos permite determinar que el agua infiltrada es de buena calidad para ser utilizada en otras actividades.

Laboratorio de Materiales, Suelos y Pavimentos

en la Tabla 3 se muestra la demanda del recurso hídrico en los laboratorios para llevar a cabo las prácticas y ser-vicios externos que presenta la Universidad, en ella se muestra un consumo de lavado de material (m3) obtenida a partir del seguimiento realizado para conocer su frecuencia, mostrando un alto consumo para el caso del Laboratorio de Materiales en el lavado de material (agregados), considerándose un tiempo entre 2 y 4 horas de flujo continuo para cada material que se somete a proceso de limpieza. Con base en el seguimiento y las encuestas realizadas a los laboratoristas se obtuvo una frecuencia de 4 veces por semana en el caso de materiales y 3 veces para suelos y pavimentos, teniéndose un total de consumo representado a continuación:

Laboratorio de ingeniería Ambiental. Con base en cada uno de los servicios que presenta el laboratorio como son el desarrollo de prácticas de laboratorio de Fisicoquímica, Química Ambiental, Operaciones Unita-rias, Procesos Unitarios y Química Sanitaria, se obtuvo un consumo promedio total de agua en el laboratorio de ingeniería ambiental de 18.45 m3/mes, representado en prácticas (4.72 m3/mes), Tesistas (9.64 m3/mes) y fugas (4 m3/mes), que son las demandas dadas por lavado de implementos, daños en llaves con fuga con-tinua, en caso de una de las tesis que genera olores desagradables haciendo necesario tener la llave abierta para disipar olores.

Residencias Masculinas Universitarias

Baños. el seguimiento en residencias se realizó de la misma manera que el llevado a cabo para los cuartos de baño de la Facultad de Ingenierías.

Se determinó que el promedio por descarga de los sanitarios de residencias es de 10.862 L/descarga, mostrando una descarga de aproximadamente 81% más con respecto a la descarga reportada por el fabri-cante (6 L/descarga), que analizado desde el punto de vista ambiental representa un desperdicio en agua. Los resultados obtenidos a partir del seguimiento promedio/persona durante el desarrollo de estas actividades

son: para el uso de las duchas un consumo promedio de 63.21L por estudiante y en los lavamanos de 2.83L para diferentes actividades como el cepillado, peinado y lavado de manos que fueron las reportadas en las encuestas.

Frecuencias en el uso de los baños y sus servicios. De acuerdo a la población total en residencias masculi-nas universitarias, se aplicó estadística obteniendo una muestra representativa de 60 estudiantes encuestados. De acuerdo con las frecuencias registradas en el uso del sanitario, lavamanos y duchas se encontró que el 18% de los encuestados se ducha dos veces por día y el 82% lo hacen una vez por día. Para los demás servicios existen frecuencias que varían de una a veinte veces

TABLA 3. Consumo promedio de agua durante las prácticas y consumo de agua mensual en el lavado de materiales (agregados) presente en el Laboratorio de Materiales, Suelos y Pavimentos.

LaboratorioConsumo prácticas (m3/mes)

Consumo/lavado de

material (m3)

Lavado de material

(agregados) (m3/mes)

Materiales 7.16 11.948 183.968Suelos y pavimentos 8.33 6.184 74.208

85


por día debido a que son estudiantes de diferentes programas con una permanencia dentro de las instalaciones de residencias variable.

Demanda de agua. en la Tabla 5 se observa el consumo de los servicios por semana y un total por mes teniendo como resultado para esta área un consumo total 978.388 m3/mes, representando el 43.15% el servicio del lavadero, consumo considerable con respecto a las demás actividades que se realizan.

Otros. en las instalaciones de la cafetería se identificó que su principal uso es el lavado de utensilios y limpieza de las instalaciones, contando con solo un grifo en el lavaplatos, demandando mensualmente un promedio de 16.46 m3.

Dentro de las instalaciones se observaron diferentes inconsistencias en el funcionamiento de los equipos, en el caso de los sanitarios existe en muchos de los cuartos de baño un caudal constante debido a que la manija no vuelve a su lugar produciéndose una fuga que ocasiona un desperdicio de 560.65 m3.

el caudal del grifo reportado en el laboratorio de Ingenierías fue tomado directamente por aforo siendo de 0.00015 l/s.

De igual manera se realizó para el cálculo de los sanita-rios que presentan fuga, con un caudal de 0.0103 L/s y un total de 21 sanitarios que presentan dicho problema, registrando un valor de 560.650 m3/mes.

5.PROPUESTADEGESTIÓN AMBIENTALALREDEDORDEL RECURSOHÍDRICOENLA UNIVERSIDADDELCAUCA

Aseadores. Para los aseadores se propone la im-plementación de nuevos equipos (carro para aseo, capacidad 25 L) que sean más eficientes, reduciendo de esta manera la frecuencia en la demanda de agua

TABLA 5. Consumo semanal y mensual de los acce-sorios de residencias universitarias que demandan consumo de agua.

ServicioCOnSUMO (m3)

Semana MesSanitarios 41.872 167.488Lavamanos 15.666 62.664Duchas 67.318 269.272Lavadero 116.600 466.402Cocina 3.140 12.560Total 244.596 978.386

para el desarrollo de una actividad. Con la nueva tecnología el lavado del trapero reduciría considera-blemente la frecuencia en el lavado del trapero, pa-sando de 12 veces a 4 veces en el día. Con motivo de hacer eficiente el trabajo de los aseadores se propone realizar capacitaciones que ayuden a estandarizar la forma de realizar las actividades para conseguir un consumo de agua más eficiente en sus diferentes actividades.

Laboratorios. Durante la investigación se encontró en el tanque 3 del Laboratorio de Hidráulica una filtración de agua proveniente del nivel freático con las caracte-rísticas apropiadas que la hacen adecuada para usarla en actividades que demanden su consumo, el volumen que alcanza en el tanque es de 13.009 m3/cada 3 días, obteniendo un volumen mensual de 130.09 m3/mes. Parte del agua es aprovechada por el Laboratorio de Hidráulica (8 m3) y el excedente de 5 m3 se puede bombear a un tanque que se propone sea ubicado en geotecnia de 8 m3 siendo utilizado como recolector para cubrir la demanda de algunas de las actividades desarrolladas en los Laboratorios de Materiales y Suelos y Pavimentos. Se propone que sea bombeada los días martes y viernes para dar la oportunidad que alcance el nivel mencionado anteriormente, logrando de esta manera darle un uso apropiado que ayude a disminuir la demanda presente en estos laboratorios.

86


Mantenimiento correctivo y preventivo. Observando la Figura 3 se tendría que con un buen mantenimiento de los servicios y calibración de los inodoros se logra-ría un consumo por descarga de 6 L y se ahorrarían 119.808 m3/mensual, cantidad de agua que en la actualidad se pierde, produciendo un incremento tanto económico como de desperdicio que es arrojado al alcantarillado y representado en dinero equivale a $134.587 mensual.

Educación ambiental. Con el fin de fomentar una actitud de responsabilidad hacia el medio ambiente, se propone un plan de educación ambiental por áreas. La información es la base primordial, por lo que se propone las charlas educativas para dar a conocer la problemática a través de medios masivos de comuni-cación (emisora, web), material gráfico que recuerde a los estudiantes cómo deben de permanecer las instala-ciones, entregar folletos en la institución que informen sobre la necesidad de formar parte de una campaña de ahorro de agua dentro del edificio de Ingenierías. esta información tiene como función alertar y sensibilizar a

los estudiantes y proveerlos de las herramientas nece-sarias para que sean capaces de tomar decisiones en pro de un mejoramiento en el uso del recurso.

en esta Figura se encuentran registrados los volú-menes utilizados en todas las áreas del edificio que demandan agua, mostrando porcentualmente el con-sumo de cada una de ellas y permitiendo determinar las actividades que requieren intervención prioritaria. el consolidado total encontrado es comparado con el real obtenido del seguimiento al contador obteniendo un consumo promedio de 2940 m3.

implementación de nuevas tecnologías. Usando nueva tecnología, el consumo por sanitario para hom-bres y mujeres sería de 3.8 L, logrando un ahorro del 33% para los sanitarios de hombres (7.548 L) y 36% para las mujeres (7.840 L), en los lavamanos se con-sumiría 0.198 L ahorrando un 76% en el lavamanos de hombres (0.834 L) y 55% para las mujeres (1.363 L) y en los orinales se alcanzaría un ahorro del 38% (0.475 L) con respecto al consumo actual (0.760 L).

FiGURA 2. balance global del consumo hidrico presentado en el edificio de Ingenierías por mes.

en esta Figura se encuentran registrados los volúmenes utilizados en todas las áreas del edificio que demandan agua, mostrando porcentualmente el consumo de cada una de ellas y permitiendo determinar las actividades que requieren intervención prioritaria. el consolidado total encontrado es comparado con el real obtenido del seguimiento al contador obteniendo un consumo promedio de 2940 m3.

87


FiGURA 3. beneficio por mantenimiento en las instalaciones de Ingenierías.

Figura 4. beneficio de la implementación de nuevas tecnologías en las instalaciones de ingenierías.

88


6.CONCLUSIONES

Durante la realización del inventario se encontraron fugas y daños en las instalaciones tales como: caudal continuo en sanitarios, goteo de grifos entre otros, producto de una falta de mantenimiento llegando a representar el 18,75% del consumo total.

Los resultados obtenidos en el balance global para cada una de las áreas de estudio muestran que la tendencia del uso del recurso hídrico en los cuartos de baño de la Facultad de Ingenierías y residencias masculinas universitarias es del 60,18%; el 39,82% restante es usado en laboratorios, aseo, cafetería, entre otros.

Se reportan beneficios ambientales y económicos con respecto del total del 25,71% para el caso de la imple-mentación de un plan de mantenimiento y el 36,76% para la adquisición de nuevas tecnologías.

el beneficio ambiental y económico que se obtiene a partir de la puesta en marcha de un plan de educación ambiental no es calculable debido a que depende de muchos factores como lo son: intensidad, claridad y constancia durante el desarrollo de la campaña.

7.BIBLIOGRAFÍA

[1]. AMAYA RAMiREZ, Guillermo y JARAMiLLO, J.M. 1998. Compilación sobre agua, Valle. 209 p.

[2] BETAnCOURT ViLLALOBOS, Wilson; RUiZ GUTiERREZ, Orlando y DiAZ MOSQUERA, Milton Fabián. 2008. Plan de gestión ambien-tal de la Universidad del Cauca. 48 páginas. Popayán.

[3] CAiCEDO RiVERA, Diana Carolina y JiMEnEZ BAMBAGÚE, Eliana Marcela. 2009. Diagnós-tico y formulación del plan de gestión ambiental para el Laboratorio de Materiales, Suelos y Pavimentos de la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad del Cauca. Trabajo de grado (Ingeniería Ambiental). Universidad del Cauca. Facultad de Ingeniería Civil. Departamento de Ingeniería Ambiental. 111 páginas. Popayán..

[4] ORTEGA DOMinGUEZ, Ramón y RODRiGUEZ MUÑOZ, ignacio.1994. Manual de Gestión del Medio Ambiente. Madrid: Fundación Mapfre, XVI p.

[5] QUiRÓZ, César y TRÉLLEZ SOLÍS, Eloísa. 1992. Manual de referencia sobre conceptos ambien-tales, editorial Secab. bogotá.

[6] SÁnCHEZ, Ángela. 2002. Las Voces del SINA, 1 edición, Panamericana, formas e impresos S.A. 192 p. bogotá. .

[7] ZARiDE HAZMinE, nury y ÁViLA, Alfonso. 2004. Principios básicos para la Gestión Ambiental. bogotá, escuela de Administración de Nego-cios, eAN. 69 p.

FORMULACIÓNDELPLANDEGESTIÓNINTEGRALDERESIDUOSHOSPITALARIOSYSIMILARES

PARALAUNIDADDESALUD-UNIVERSIDADDELCAUCA

FORMULATIONOFMEDICALWASTESMANAGEMENTANDSIMILARSPLANFORTHEHEALTHUNITOFTHECAUCAUNIVERSITY

Por:JulyArlethSamboní[email protected]@unicauca.edu.co

RESUMEN

Se formuló el Plan de Gestión Integral de Residuos Hospitalarios y Similares (PGIRHYS) para la Unidad de Salud de la Universidad del Cauca, para lograr una gestión eficiente y adecuada de los residuos generados, lo cual permitirá controlar y/o reducir los impactos negativos hacia el ambiente y la salud. Así, se facilitará la aplicación de la normatividad ambiental vigente. Los resultados mostraron que la Unidad de Salud de la Universidad del Cauca puede ser clasificada como Pequeño Generador de Residuos Peligrosos conforme a la Resolución 1362 de 2007 debido a que su producción es de solo 50.1 kg/mes. Sin embargo, actualmente no se está realizando ningún tipo de desactivación de alta eficiencia a los residuos infecciosos o de riesgo biológico. Además, el residuo No Peligroso que más se genera en la institución es de reciclaje (178.34 kg/mes).

Palabras claves: Residuos hospitalarios, gestión integral, diagnóstico ambiental.

______________

Recibido para evaluación: Agosto5de2009 Aprobado para publicación: Agosto28de2009 .

1 IngenieraAmbiental.GrupodeInvestigaciónenIngenieríaAmbiental,UniversidaddelCauca.2 ProfesorDepartamentodeIngenieríaAmbientalySanitaria.UniversidaddelCauca.

90


ABSTRACT

It was formulated the Integral Management Plan for the Medical Wastes and similar (PGIRHYS) for the Health Unit of the Cauca University in order to achieve an efficient and suitable management of the wastes generated, which will allow to control and to reduce the negative impacts towards to the environment and to the health. Thus, it will be permitted the application of the present environmental law. The results showed that the Health Unit is classified as Small producer of hazard medical wastes, according to resolution 1362 of 2007, because its yield is very low (50.1 Kg/month). However, at present there are no treatment for the infected or biological medical wastes. Besides, the material no dangerous more generated is recyclable (178.34 Kg/month).

Key words: Medical waste, integral management, environmental assessment.

1.INTRODUCCIÓN

el manejo integral de los residuos hospitalarios y simi-lares implica el desarrollo adecuado de etapas como la generación, separación, desactivación, almacenamien-to, recolección, transporte, tratamiento y disposición final. Cuando no se realizan adecuadamente estos procedimientos, bien sea por negligencia o desconoci-miento, por parte de los generadores de los residuos, se presentan impactos negativos que inevitablemente afectan la salud humana, el ambiente, los centros urbanos y rurales, generando problemáticas sociales, ambientales y económicas que afectan el desarrollo de un país.

en el presente artículo se hace la Formulación del Plan de Gestión Integral de Residuos Hospitalarios y Similares para la Unidad de Salud de la Universidad del Cauca. esto, en concordancia con el Decreto 2676 del 2000, demás decretos reglamentarios y el Manual de Procedimientos para la gestión integral de residuos hospitalarios y similares emitido por los Ministerios de Salud y del Ambiente. Lo anterior orientado no sólo a controlar los riesgos que de su inadecuada manipula-ción se derivan, sino a lograr la minimización desde el punto de origen, mejorando la calidad de vida del per-sonal interno y externo, usuarios y comunidad general.

2.METODOLOGÍA

Para desarrollar la formulación del Plan de Gestión Integral de Residuos Hospitalarios y Similares para la Unidad de Salud de la Universidad del Cauca, se realizó

en primer lugar el reconocimiento de las instalaciones y servicios desarrollados en la Institución, con el fin de determinar el tipo de residuo(s) sólido o líquido generado(s) en cada dependencia o área.

Posteriormente, se procedió a realizar el Diagnóstico Situacional Ambiental y Sanitario, para el cual se di-señaron tres formatos a modo de encuesta, teniendo en cuenta los aspectos reportados en la normatividad ambiental vigente que fueron aplicados al personal administrativo, asistencial y de aseo para obtener la información relacionada con el manejo integral de los residuos hospitalarios y similares generados al interior de la Unidad de Salud y se procedió a su verificación.

Debido a que la institución no posee información inicial relacionada con la producción de los residuos hospitalarios y similares para llevar a cabo un análisis estadístico, se efectuó un muestreo durante tres me-ses que consistió en tomar tres días aleatorios cada semana para acompañar al personal de servicios generales encargado de la recolección de los residuos hospitalarios y similares a cada una de las áreas de la entidad y efectuar el pesaje. Los datos recolectados fueron promediados para conocer la producción diaria de residuos sólidos hospitalarios, multiplicados por siete para determinar la producción semanal y por cuatro o cinco (dependiendo de cuantos días martes tenía el mes ya que este fue tomado como el día cero por ser el horario de la Ruta Hospitalaria externa) para obtener la producción mensual.

Posteriormente, se efectuó la identificación de los im-pactos ambientales ocasionados por el desarrollo de las

91


actividades realizadas para la prestación de servicios de salud empleando el método matricial de Fearo.

Finalmente, se procedió a formular el Plan de Gestión Integral de Residuos Hospitalarios y Similares basado en el diagnóstico realizado anteriormente y que con-tiene los programas a ser desarrollados una vez sea implementado.

3.RESULTADOSYDISCUSIÓN

3.1DIAGNÓSTICOSITUACIONAL AMBIENTALYSANITARIO

3.1.1 Resultados encuesta

A continuación se presentan los resultados más relevan-tes de las encuestas aplicadas al personal de la entidad.

en la Figura 1 se observa que el residuo que más se genera en las dependencias de la entidad es el Reciclable que puede ser aprovechado para generar recursos y contribuir con los costos de disposición final de residuos peligrosos.

el resultado general de los Residuos No Peligrosos es el observado en la Figura 2. También, el residuo más producido es el Reciclable, debido a que estas áreas se dedican principalmente a trabajo de oficina generando en su mayoría papel.

en la Figura 3, el residuo No Peligroso que en mayor proporción es generado en las áreas asistenciales de la Unidad de Salud es el Reciclable, susceptible de ser aprovechado. Para incentivar esta cultura, se formuló un programa a ser ejecutado una vez se coloque en marcha el Plan de Gestión Integral de Residuos Hos-pitalarios y Similares.

FiGURA 1. ¿Qué tipo de residuo(s) se genera(n) en su dependencia?

Área administrativa

FiGURA 2. Resultado general de los residuos hospitalarios generados en las dependencias administrativas.

92


La Figura 4 muestra que el residuo peligroso infeccioso que más se genera es el biosanitario en el que se inclu-yen gasas, apósitos y drenes utilizados en la atención del paciente.

en la Figura 5 se observa que los residuos peligrosos Químicos que más se producen, según los funcionarios asistenciales, son metales pesados, principalmente Plomo, proveniente de los consultorios de odontología al realizar la toma de radiografías.

3.1.2 Caracterizaciónderesiduossólidoshospitalarios

en la Tabla 1 se muestra la caracterización de los resi-duos sólidos hospitalarios generados en la Unidad de Salud de la Universidad del Cauca.

3.1.2.1 Producción de residuos sólidos hospitalarios

Para obtener la producción de los residuos sólidos hospitalarios generados en las diferentes áreas de la entidad y teniendo en cuenta la similitud que se tiene de estos residuos en cada dependencia, se conformaron 6 grupos de la siguiente manera:

Unidad de Salud:• Grupo 1: Odontología.• Grupo 2: Consultorios médicos y Sala de Curaciones.• Grupo 3: Citas médicas, Farmacia, Patio y Pasillo 1.• Grupo 4: Tesorería, Archivo, Patio y Pasillo 2.• Casa Albán:• Grupo 5: Fisioterapia, Promoción y Prevención,

Psicología y baños.• Grupo 6: Cocina y Pasillo.

FiGURA 3. Residuos No peligrosos generados en las áreas asistenciales.

Áreas asistenciales / Residuos no peligrosos

FiGURA 4. Residuos Peligrosos Infecciosos generados en las áreas asistenciales de la Unidad de Salud.

Residuos Peligrosos / infecciosos

93


Se realizó un muestreo durante tres meses, toman-do 3 días aleatorios en cada semana. estos datos fueron promediados para conocer la producción diaria de residuos, multiplicados por 7 para obtener la producción semanal de cada mes de muestreo y debido a que los residuos son recolectados por la Ruta Hospitalaria externa (Alcaldía de Popayán) una vez a la semana (martes), se multiplicó por cuatro o cinco dependiendo de cuántos martes

ÁREA

RESiDUOS nO PELiGROSOS RESiDUOS PELiGROSOS

Biodegradables Reciclables

infecciosos o de Riesgo Biológico Químico

Biosanitarios Cortopunzantes Fármacos Reactivos

Consultorios Médicos y Sala de Curaciones X X X X X

Odontología X X X X X

Farmacia X X

Administrativa X

Fisioterapia X X

Promoción y Prevención X X X X

Psicología X X

TABLA 1. Caracterización de Residuos Sólidos Hospitalarios generados.

FiGURA 5. Residuos Peligrosos Químicos generados en las áreas asistenciales.

Químicos:


tiene cada mes, para obtener la producción men-sual requerida.A continuación, se muestran los resultados obte-nidos:

Ejemplo de cálculo - Mes 1:

en la Tabla 2 se observa la producción diaria de resi-duos sólidos hospitalarios obtenida.

94


en la Tabla 3 se muestra la producción semanal de Residuos Sólidos Hospitalarios.

TABLA 3. Producción semanal de Residuos Sólidos Hospitalarios generados por áreas para el Mes 1.

GRUPO

RESiDUOnO PELiGROSOS PELiGROSOS

Reciclables(Kg/semana)

Biodegradables(Kg/semana)

Biosanitarios(Kg/semana)

114 7

7

2 3.5

3 7 7 0

4 3.5 5.25 0

5 7 14 1.75

6 3.5 5.25 0TOTAL (Kg/semana) 35 38.5 12.25


en este mes se tuvieron solamente cuatro 4 martes, por lo que la producción semanal es multiplicada por 4, para obtener la producción mensual de residuos sólidos hospitalarios. en la Tabla 4 se presentan resultados.

TABLA 2. Producción diaria de Residuos Sólidos Hospitalarios para el mes 1.

GRUPO

RESiDUOnO PELiGROSOS RESiDUOS PELiGROSOS

Reciclables(Kg/día)

Biodegradables(Kg/día)

Biosanitarios(Kg/día)

12 1

1

2 0.5

3 1 1 0

4 0.5 0.75 0

5 1 2 0.25

6 0.5 0.75 0TOTAL (Kg/día) 5 5.5 1.75


95


TABLA 4. Producción mensual de Residuos Sólidos Hospitalarios generados por áreas para el Mes 1.

GRUPO


Reciclables(Kg/mes)

Biodegradables(Kg/mes)

Biosanitarios(Kg/mes)

Cortopunzantes3

(Kg/mes)

156 28

28 0

2 14 0

3 28 28 0 0

4 14 21 0 0

5 28 56 7 0

6 14 21 0 0TOTAL

(Kg/mes) 140 154 49 0


en las Tablas 5 y 6 se relaciona la producción mensual de residuos sólidos hospitalarios para los meses 2 y 3.

Mes 2:

en este mes se tuvieron 5 martes.


GRUPO


Reciclables (Kg/mes) Biodegradables(Kg/mes)

Biosanitarios(Kg/mes)

132 33.5

25

2 22.5

3 34 35 0

4 24 42.5 0

5 40 40 11

6 25 45.5 0TOTAL(Kg/mes) 155 196.5 58.5


______________

3 Fuesoloalfinalizarelperiododemuestreo,quesepudorecolectarlosguardianesqueconteníanlosresiduoscortopunzantesgeneradosenlasáreasdeOdontología,SaladeCuracionesyPromociónyPrevención,debidoalapocaproduccióndeestos.

Elperiododepermanenciadeestosresiduosvaríaentre2a3meses.ParaefectosdelaFormulacióndelPGIRHYSserecomendóqueeste

tiemposeasolamentedeunmes,porloqueesimportantenoutilizarguardianesdemasiadograndes,porqueseestaríansobreutilizandoygenerandouncostoextraalaEntidad.

96


Mes 3:

este mes tuvo 4 martes.


GRUPO


Reciclables(Kg./mes)

Biodegradables(Kg./mes)

Biosanitarios(Kg./mes) Cortopunzantes

(Kg. / mes)1

35 3020 1

2 14 0.53 28 33 0 04 28 45 0 05 45 43 10.5 0.56 25.5 47.5 0 0

TOTAL(Kg./mes) 161.5 198.5 44.5 2


Luego,

• Producción Mensual de Residuos no Peligrosos

Reciclables

Biodegradables

• Producción Mensual Residuos Peligrosos

Biosanitarios

Cortopunzantes

Producción mensual Residuos Cortopunzantes: 2.0 kg/mes

97


______________

4 MINISTERIODEAMBIENTE,VIVIENDAYDESARROLLOTERRITORIAL.Resolución1362de2007.BogotáD.C.,2deAgostode2007.

Lo anterior, permite determinar que la producción mensual de residuos peligrosos es relativamente baja 10 kg/mes < 50.1 kg/mes < 100 kg/mes4, por lo que la entidad podría se clasifica como: Pequeño Generador de Residuos Peligrosos.

3.1.3 Caracterización de Residuos Líquidos generados.

TABLA 7. Clasificación y caracterización de residuos líquidos.

área clasificación residuo generado

Sala de Curaciones y Consulta externa Potencialmente infecciosos

Comunes

Agua contaminada con sangre producto de cura-ciones realizadas a los pacientes, el residuo va al sistema de alcantarillado.

esterilización de material contaminado.Odontología Potencialmente infecciosos

ComunesQuímicos peligrosos

Residuos líquidos como sangre o saliva producidos por los pacientes en los eyectores y escupidera al momento de la atención.

esterilización de material contaminado.Demás Áreas Comunes Aguas residuales domésticas.


en cuanto al manejo de vertimientos, la Unidad de Salud no realiza ningún tipo de desactivación a las aguas residuales que están siendo vertidas al Alcantarillado Municipal.

Debido a la antigüedad de las instalaciones de la entidad, no fue posible encontrar las cajas de ins-pección o posibles puntos de muestreo para realizar el análisis de los parámetros físico-químicos y bac-teriológicos de las aguas que están siendo vertidas a la red de alcantarillado y posterior comparación con los estándares permisibles reportados en la legislación vigente.

3.1.4 identificación de impactos Ambiéntales

Según Vargas Ramírez, [1], los problemas ambienta-les en Colombia están claramente relacionados con la inapropiada gestión y planeación de los procesos y procedimiento llevados a cabo, es por ello que se ha empezado a trabajar en modelos que permitan

generar una visión de la situación probable y actual en cuanto a los problemas ambientales que se pueden generar por un proyecto y/o actividad, con el fin de plantear estrategias para prevenir, mitigar, corregir y controlar los impactos negativos que se presenten.

Para el análisis de impactos, las matrices represen-tan la técnica más empleada debido a la simplicidad de su uso y por lo tanto, es posible determinar más fácilmente los impactos hacia el medio ambiente, ocasionados por el desarrollo de las actividades de atención en salud. Dentro de las matrices, las más conocidas son Fearo, Leopold, More y escalonada de Forenses, [2].

Para el presente trabajo, se seleccionó como método la Matriz de Fearo, que permitió relacionar una lista de actividades desarrolladas en la entidad, con los diferentes componentes donde pueden ocasionarse los impactos ambientales.

98


ejemplo de análisis:

Actividad impactante: Desactivación de residuos.Componente: Calidad del agua.Efecto: Adverso.

Situación: en la Unidad de Salud, al no realizarse ningún tipo de desactivación a los residuos generados, se está alterando la calidad del agua debido a que se descargan residuos líquidos al alcantarillado con alto contenido de materia orgánica, patógenos, elementos químicos y desinfectantes, entre otros.

en la Figura 6, se observa la Matriz de Fearo con los componentes susceptibles a sufrir impactos.

3.1.5 Plan de Gestión integral de Residuos Hospi-talarios y Similares

el Plan de Gestión Integral de Residuos Hospitalarios y Similares fue formulado con base al Diagnóstico Si-tuacional Ambiental y Sanitario realizado en la entidad y consta de los siguientes programas:

3.1.5.1 Programa de Formación y Educación

Objetivo

el programa de formación y educación dirigido a los funcionarios de la Unidad de Salud de la Universidad del Cauca, pretende inculcar una cultura de la no basura, principios básicos de bioseguridad y un adecuado ma-nejo de los residuos hospitalarios y similares generados en las diferentes áreas de la Unidad, [3].

Resultados Esperados

Con la implementación de este programa se espera, que los funcionarios de la Unidad de Salud de la Uni-versidad del Cauca:

• Realicen la correcta segregación en la fuente de los residuos hospitalarios y similares producidos en las diferentes áreas de la Institución.

• Conozcan las etapas de la gestión integral de los residuos hospitalarios y similares.

• Apliquen las normas básicas de bioseguridad e higie-ne con el fin de disminuir los accidentes de trabajo.

3.1.5.2 Programa de segregación en la fuente

Objetivo

Implementar actividades que permitan una segregación correcta en la fuente, con el fin de minimizar la produc-ción de residuos hospitalarios y similares generados y el riesgo que de éstos se deriva.

Requisitos

Para implementar el programa de segregación en la fuente, en cada una de las áreas de la entidad se debe contar con:

• Recipientes conforme a la normatividad vigente.• bolsas que cumplan el código de colores.• Guardianes y sus respectivas bases para residuos

cortopunzantes.• Los recipientes deberán estar etiquetados y con su

respectiva señalización.

3.1.5.3 Programa de desactivación de residuos hospitalarios

Objetivo

Instruir a los funcionarios y personal de aseo de la Unidad de Salud de la Universidad del Cauca en la desactivación que se debe realizar a los residuos hos-pitalarios y similares entregados a la Ruta Hospitalaria de conformidad con el Decreto 2676 de 2000.


Al término de seis meses, las dependencias de la Unidad de Salud deberán:

• Desactivar los residuos hospitalarios y similares generados dependiendo de si la disposición final es incineración o relleno sanitario.

• Desactivar los residuos descargados al alcantari-llado municipal.

99


FiGURA 6. Matriz de Fearo para la identificación y análisis de los impactos ambiéntales sobre los componentes del sistema.

COMP

ONeN

TeS

ACTIVIDADeS

SeGR

eGAC

IóN

eN LA

FUe

NTe

MINI

MIZA

CIóN

De

ReSI

DUOS

DeSA

CTIV

ACIó

N De

ReS

IDUO

S

MANe

JO D

e Re

SIDU

OS

PeLIG

ROSO

S

MANe

JO D

e Re

SIDU

OS N

O Pe

LI-GR

OSOS

ReC

ICLA

bLeS

CAPA

CITA

CION

eS

VeRT

IMIe

NTOS

RUTA

HOS

PITA

LARI

A

AGUACONSUMO De AGUACALIDAD DeL AGUA (Superficial y subterránea)AIReCALIDAD DeL AIReeMANACIóN De OLOReS eNeRGíACONSUMO De eNeRGíAGeSTIóN AMbIeNTALPRODUCCIóN MÁS LIMPIAPAISAJePAISAJeSOCIO – eCONóMICOCALIDAD De VIDASeRVICIOS PÚbLICOSeCONOMIASUeLOCALIDAD DeL SUeLO

CONVENCIONES

ALTAMENTESIGNIFICATIVOS

SIGNIFICATIVOS

ALTAMENTEBENÉFICOS

BENÉFICOS

NOSEPRESENTA

100


3.1.5.4 Programa de limpieza y desinfección

Objetivo

Instaurar protocolos de limpieza y desinfección como elementos fundamentales en la adecuada gestión de residuos hospitalarios y similares de la Unidad de Salud.


Al término de seis meses, la Unidad de Salud de la Universidad del Cauca deberá:

• Desinfectar periódicamente y en su totalidad todos los instrumentos que se encuentren en contacto con residuos biológicos.

3.1.5.5 Programa de la ruta sanitaria para el movi-miento interno de residuos

Objetivo

Implementar una ruta sanitaria interna para la recolec-ción de residuos hospitalarios y similares, disminuyendo los riesgos al personal encargado de la recolección, funcionarios, pacientes y comunidad en general.


Al término de seis meses, el personal de servicios generales de la Unidad de Salud deberá:

• Implementar en su totalidad la ruta sanitaria interna.

• Disponer de un carro recolector para evitar el derrame de residuos y en general los riesgos que de esta labor se derivan.

• Colocar en un lugar visible, el plano con la ruta hospitalaria interna y su respectiva señalización.

3.1.5.6 Programa para el almacenamiento de resi-duos hospitalarios y similares

Objetivo

Disponer de un lugar adecuado conforme al Decreto

2676 de 2000 para el almacenamiento de los residuos hospitalarios y similares generados en la entidad.


Al término de seis meses, en el almacenamiento central de residuos hospitalarios y similares se deberá:

• efectuar labores de desinfección una vez a la sema-na del cuarto de almacenamiento central.

• Publicar la señalización respectiva en la que se informe de la peligrosidad del sitio, los materiales manipulados, los elementos de protección perso-nal empleados y los criterios de seguridad que se deberán tener.

• Implementar labores de control de plagas. • sImplementar acciones para el mejoramiento de las

instalaciones como son cambio de piso, material que impida la entrada de vectores y demás disposiciones pertinentes.

3.1.5.7 Programa de desactivación y disposición de residuos hospitalarios y similares

Objetivo

establecer la mejor forma de desactivar y disponer los residuos hospitalarios y similares generados en la institución, ya que presentan un riesgo para la salud y el medio ambiente.


Al término de seis meses, en la institución se deberá:

• Dar a conocer el programa de desactivación de residuos hospitalarios y similares a los funciona-rios y personal de aseo para que procedan de conformidad.

• establecer una disposición segura de los residuos hospitalarios y similares generados.

3.1.5.8 Programa de seguridad industrial

Objetivo

Garantizar la protección personal a los trabajadores que

101


laboran en la Unidad de Salud al minimizar los riesgos biológicos y químicos presentes.


Al término de seis meses, en la entidad se deberá:

• establecer el uso de mecanismos de protección, individual y colectivos, con el fin de disminuir los riesgos de contaminación por exposición a residuos hospitalarios y similares, generados.

3.1.5.9 Plan de contingencia

Objetivo

Presentar las medidas en caso de ocurrir incidentes o accidentes, garantizando la protección al personal que labora en la institución.


Al término de seis meses en la Unidad de Salud se deberá:

• Diseñar una ruta de evacuación. • Implementar en su totalidad el Plan de Contingencia. • Capacitar a los funcionarios en temas referentes a

la evacuación. • Realizar mínimo un simulacro anualmente para que

los funcionarios conozcan cómo actuar en caso de presentarse una emergencia.

3.1.5.10 Programa de monitoreo al PGiRH

Objetivo

establecer los resultados obtenidos en la labor de gestión interna de los residuos hospitalarios y similares generados en la Unidad de Salud de la Universidad del Cauca.


Al término de seis meses el Grupo Administrativo de la Gestión Ambiental y Sanitaria deberá:

• Calcular mensualmente, los indicadores de gestión

interna, reportarlos como porcentaje y consignarlos en el Formulario RH1.

• Haber efectuado como mínimo una auditoría interna, para establecer los ajustes que sean necesarios. Las auditorias deberán realizarse como mínimo dos veces al año.

• efectuar una auditoría o interventoría externa para la revisión de cada uno de los procedimientos y ac-tividades desarrollados por la empresa contratista.

3.1.5.11 Programa de reciclaje

Objetivo

Promover el reciclaje como una actividad ecológica y con valor social generadora de empleo.


Al término de un año, en la Unidad de Salud se deberá contar con uno o dos contenedores ubicados en las áreas comunes y de acuerdo al código de colores para efectuar este programa.

3.1.5.12 Programa de tecnologías limpias

Objetivo

Promover la implementación de Tecnologías Ambien-talmente Sanas como mecanismo de “gana - gana” en la que se protege el medio ambiente, los pacientes, los empleados y se obtienen beneficios económicos y ambientales inmediatos, mejorando la imagen de la institución.


Al término de un año, en la Unidad de Salud de la Universidad del Cauca se deberán aplicar tecnolo-gías ambientalmente sanas que contribuyan con la minimización de los residuos hospitalarios y similares, generados.

4.CONCLUSIONES

Al momento de efectuar el diagnóstico situacional

102


ambiental y sanitario de la Unidad de Salud, se de-terminaron algunas debilidades referentes al manejo integral de residuos hospitalarios y similares, que pueden mejorarse al momento de implementar el PGIRHyS.

Debido a la cantidad de residuos biodegradables que se están generando, (156.84 kg/mes) se puede pensar en la posibilidad de ser aprovechados en procesos de compostaje o lombricultura para generar recursos.

el residuo No Peligroso que más se genera en la ins-titución es el reciclaje con una producción mensual de 178.34 kg/mes, por lo que se recomienda establecer mecanismos de motivación e incentivos a los funcio-narios que más contribuyan con el programa a ser implementado.

La Unidad de Salud de la Universidad del Cauca puede ser clasificada como: Pequeño Generador de Residuos Peligrosos conforme a la Resolución 1362 de 2007 debido a que su producción mensual es solamente de 50.1 kg/mes.

en la Unidad de Salud no se está realizando ningún tipo de desactivación de alta eficiencia a los residuos infecciosos o de riesgo biológico que son entregados a la Ruta Hospitalaria de la Alcaldía de Popayán conforme al Decreto 1669 de 2002, por lo que es indispensable la adquisición de un equipo para realizar este proceso in situ o el contrato con el prestador especial de Aseo para dar cumplimiento a las consideraciones de ley vigentes.es importante continuar con campañas de educación ambiental que puedan ser extendidas a los usuarios, para contribuir en la adecuada segregación en la fuente.Se propone implementar a un futuro tecnologías am-bientalmente sanas que contribuyan con la disminución de los riesgos a la salud y al medio ambiente.

es importante la adquisición de un vehículo recolector para efectuar las labores de recolección de los residuos peligrosos para disminuir los riesgos de accidentes por derrame o ruptura de bolsas.

Se determinó mediante un análisis matricial los impactos ambientales ocasionados por el desarrollo de las activi-dades de prestación de servicios de salud en la entidad.

5.RECOMENDACIONES

Debido a que la Unidad de Salud se encuentra en una etapa de construcción en la Casa Albán, es importante que al momento de ser entregada, sea incluida en el PGIRHyS, por lo que se recomienda reestructurar el Diagnóstico Situacional Ambiental y Sanitario y todas las actividades ejecutadas.

es importante adecuar la balanza y las condiciones del sitio de almacenamiento central de residuos conforme al Decreto 2676 de 2000 y demás decretos reglamen-tarios.

6.REFERENCIASBIBLIOGRÁFICAS

[1] VARGAS RAMÍREZ, Claudia Marcela. Diagnós-tico ambiental de las empresas Sociales del estado – eSe - Niveles I, II y III del Dis-trito Capital. Universidad Piloto de Colombia. bogotá. D.C. 2006. Documento electrónico disponible en: www.dama.gov.co/dama/libreria/pdf/SAS/DX%20salud.pdf.

[2] RAMiREZ CEBALLOS, César Augusto y FER-nÁnDEZ PABÓn, Jorge Fabián. evaluación preliminar y diagnóstico de las actividades desarrolladas por la empresa Prestadora de Servicios de Salud del Hospital Universitario San José de Popayán, dentro del marco de un Programa de Gestión Ambiental. Trabajo de Grado Investigativo, Universidad del Cauca – Facultad de Ingeniería Civil. Popayán. 2008.

[3] ALVARADO, Sandra. Manual para la gestión de los residuos generados en las Instituciones Prestadoras de Servicios de Salud. Interprensa editorial LTDA. 86 p. bogotá. 1999.

6.1OTRABIBLIOGRAFÍACONSULTADA:

[1] COLLAZOS P., Héctor. Residuos Sólidos. ACO-DAL. Santiago de Cali. 1998.

103


[2] EVALUACiÓn Y RECOMEnDACiOnES DEL MAnEJO DE RESiDUOS HOSPiTALARiOS En Un CEnTRO DE ASiSTEnCiA DE SALUD DEL ÁREA SUR DE LA CiUDAD DE GUATE-MALA. Documento electrónico disponible en: http://www.cepis.ops-oms.org/cursoreas/e/fulltext/iv-008.pdf.

[3] GESTiÓn inTEGRAL DE RESiDUOS HOSPi-TALARiOS Y SiMiLARES. Documento elec-trónico disponible en: http://sabanet.unisabana.edu.co/ingenieria/especializacion/ambiental/material/cicloII/4toxicos/res_hospit.pdf.

[4] GESTiÓn inTEGRAL DE RESiDUOS HOSPiTALARiOS. Documento electrónico disponible en: http://www.saludcapital.gov.co/paginas/residuos.aspx

[5] GUÍA PARA EL MAnEJO inTERnO DE RESiDUOS SÓLiDOS En CEnTROS DE ATEnCiÓn DE SALUD. Documento electrónico disponible en: http://www.cepis.ops-oms.org.

[6] GiRALDO Gómez, Eugenio. Manejo integral de residuos sólidos municipales. Centro de Investi-gación de Ingeniería Ambiental. Universidad de los Andes. bogotá. 2000.

[7] inSTiTUTO COLOMBiAnO DE nORMAS TÉCni-CAS Y CERTiFiCACiÓn. Gestión ambiental para los residuos sólidos. Guía para separación en la fuente, GTC 024. ICONTeC. bogotá. 1996.

[8] JUnCO, R. Manual para el manejo de los desechos peligrosos procedentes de hospitales. OPS. p. 16-18. La Habana. 1998.

104


GeonotasLAS iGniMBRiTAS DEL MUniCiPiO DE POPAYÁn

Por:PatriciaTorresH.*

en la Meseta de Popayán y en el piedemonte de la Cordillera Central, en la vereda de Pisojé Alto en el municipio de Popayán afloran depósitos de ignimbritas.

el nombre ignimbrita se deriva del latin ignis fuego e imber lluvia, utilizado por primera vez en 1931, en Nueva Zelanda por Marshall, para designar rocas derivadas de coladas piroclásticas, [1]. en general el término ignimbrita es usado algunas veces en sentido litológico para significar tobas soldadas y, otras veces, en sentido genético para el depósito o roca formada por flujos piroclásticos, [2]. . Al microscopio de luz polarizada las ignimbritas de la Meseta de Popayán tienen una textura porfirítica y es-tán constituidas por una matriz vítrea en un porcentaje de 70% a 85% y congelados en la matriz se observan fenocristales de cuarzo, plagioclasa y biotita. Su com-posición química permite clasificarlas como riolitas calcoalcalinas altas en K.

Las ignimbritas de la vereda de Pisojé Alto, macroscópi-camente son similares a las de la Meseta de Popayán.

Su matriz también está constituida por vidrio en un porcentaje de 70% a 85%, e igualmente presentan cuarzo, en este caso en menor proporción que las de la Meseta de Popayán, plagioclasas y biotitas. De acuerdo a su composición química son andesitas, calcoalcalina altas en K.

Los depósitos de ignimbritas de Pisojé Alto constituyen afloramientos espectaculares desde el punto de vista paisajístico y escénico. Presentan grandes estructuras columnares localizadas verticalmente y se depositan sobre dos paquetes de depósitos de flujos de lavas an-desíticas que igualmente exhiben estructura columnar, estas dispuestas casi horizontalmente contrastando con las anteriores. este conjunto de rocas descansa sobre rocas metamórficas.

Desde el afloramiento de ignimbritas de Pisojé Alto (Figura 1), se observa el Cerro Pusná; el volcán Carga Chiquito que es un antiguo volcán que actualmente esta extinto y el Volcán Puracé, así como la represa de Florida II, la iglesia de las Guacas y el río Cauca.

FiGURA 1. Aforamiento de ignimbritas andesíticas de la vereda de Pisojé Alto.

______________

*ProfesoradelaFacultaddeCienciasNaturalesExactasydelaEducación.

105


Sin embargo está reliquia geológica y paisajística, que pudo constituir el sitio de esparcimiento de dioses y profanos y un importante lugar para impulsar el turismo ecológico y académico, está siendo explotada para ser utilizada como material de construcción. Parte de esta belleza natural fue trabajada con gran dificultad, debido a su fragilidad por el alto contenido de vidrio, en la fabricación de los adoquines que utilizaron en la remodelación del parque Caldas y que no se tiene co-nocimiento aún de su durabilidad. Posiblemente la otra parte del afloramiento se encuentra en los cimientos del centro comercial Campanario.

Desafortunadamente no se visiona un futuro turístico y las fortalezas para construir una ciudad próspera y organizada están siendo ignoradas, a pesar de que Popayán y los municipios vecinos cuentan con todos los atributos para un desarrollo ordenado y programado, en procura de un crecimiento armónico y orientado. en lugar de aprovechar los escenarios naturales permiti-mos su deterioro y con nuestra indiferencia estamos presenciando la transformación de una ciudad amable a una con un alto nivel de contaminación visual que en lugar de realzar los paisajes naturales los esconde y los destruye.

BiBLiOGRAFÍA

[1]. ROSS, C. and Smith, R. Ash-flow tuffs: Their origen geologic relations and identification. Geological Survey. Professional paper 366. 79 p. 1961. Washington.

[2]. CAS, R. A. F. and J. V. Wright. Volcanic successions. London: Allen and Unwin. 1987.

106


HidronotasEL PLAnETA TiERRA

Por:Marí[email protected]

en esta presente publicación de Hidronotas se presentan algunos datos notables sobre cuerpos de agua.

Hecho Lugar CaracterísticaMayor océano Océano Pacífico Superficie = 166 millones de km²Mayor mar Mar Meridional de China Superficie = 3 millones de km²Mayor bahía bahía de bengala Superficie = 2.2 millones de km²Mayor profundidad en los océanos

Fosa de Las Marianas (Océano Pacífico) Profundidad = 11 km

Mar más salado Mar Muerto (Israel/Jordania) 9 veces más salado que el agua del océano

Agua del mar más caliente Golfo Pérsico 35° C (95° F)Río más largo Río Nilo (África) 6,671 kmMayor bahía bahía de bengala Superficie = 2.2 millones de km²

Río que lleva más agua Río Amazonas (América del Sur)

Vierte 4 millones de pies cúbicos cada segun-do en el Océano Atlántico

Río con más sedimentos Río Amarillo (China)

Deposita cieno en más de 141,645 km² en su llanura de sedimentación y delta, arrastrando más de 2 mil millones de toneladas de suelo

Salto de agua más alto el Ángel (Venezuela) Caida total = 979 metrosLago más profundo y el más viejo baikal (Siberia) Parte más profunda = 1940 m

edad = 25 millones de años

Mayor lago de agua dulce Lago Superior (América del Norte) Superficie = 82,103 km²

Mayor lago salado Mar Caspio Superficie = 371,841 km²

Lago de agua dulce más largo Lago Tangañica (África) Longitud = 676 km

Lago navegable más alto Lago Titicaca (América del Sur) Altitud = 3,811 m

Referencia: http://jmarcano.topcities.com/beginner/agua_facts.html

Favor, enviar comentarios, sugerencias o aportes a Hidronotas, a la dirección electrónica: [email protected]

107


NO LES CUMPLIMOS TODOS SUS SUEÑOSPERO LES DAMOS UN LUGAR DIGNO DONDE

REALIZARLOS...AYUDANOS A AYUDAR!!!

CONTACTANOS

UNIVERSIDAD DEL CAUCA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

OFICINA: 8209800 Ext. 2238

Sitio Web www.techopopayan.blogspot.com

correo electró[email protected]

Suscripciones individuales

Nombre: _____________________________________________________________________________________________________________________________________

Dirección: __________________________________________________________________________________________________________________________________

Ciudad: ______________________________________________________________ Departamento: ________________________________________________

Telefonos_________________________________ FAX: ___________________________________ e-mail: __________________________________________

empresa donde trabaja: _______________________________________________________________________________________________________________

Si desea contribuir para el sostenimiento de la revista marque aquí que nosotros lo contactaremos vía correo electrónico

Deseo contribuir con publicidad Deseo contribuir con artículos técnicos Deseo contribuir con apoyo económico voluntario Deseo contribuir con suscripciones de amigos y colegas Deseo contactar a mis compañeros en busca de publicidad, artículos y suscripciones

Si es exalumno de la Universidad del Cauca ¿desea actualizar sus datos?

Año de egreso : ___________________________________ Facultad: _________________________________________________________________________

Título Pregrado: _____________________________________ Universidad: ___________________________________________________________________

Título Posgrado: _____________________________________ Universidad: __________________________________________________________________

Dirección permanente (si es diferente a la anotada arriba)__________________________________________________________________

Enviar a: Instituto de Posgrado en Ingeniería Civil

Universidad del CaucaCalle 5 # 4-70 Popayán

Fax (2) 820 9800 ext 2275o envíela al correo electrónico: [email protected]

Visite nuestra página www.ucauca.edu.co/ipic

FacultaddeIngenieríaCivil REViSTA inGEniERiA HOY

109


Requisitosparala

Presentaciónde

Artículos

REVISTAINGENIERIAHOY

DebenserescritosasimpleespacioenprocesadordepalabrasWORDbajoentornoWINDOWS,presentadosenmediomagnéticoyacompañadosdeunacopiaimpresaenpapelbondtamañocarta.

Sielartículoincluyegráficosy/otablas,sedeberánpropor-cionarlasversionesdefinitivas;noseaceptaránbosquejosniborradores.

Cuandoelartículorequieralapublicacióndefotografías,de-benpresentarseenblancoynegrooencolordeóptimacalidadyperfectoestado.Sedeberáindicar,además,laubicacióndeellasdentrodeltexto.

Elcontenidodelartículodebeorganizarseasí:

1. Título2. Autor(es)3. Introducción4. Resumen5. Palabrasclavesadicionales6 Abstrac7. Metodología8. ResultadosyAnálisis9. Conclusiones10. Bibliografía

Sielartículosebasaenunatraducciónocontienepartestoma-dastextualmentedeotrapublicacióndebeincluirseelrespec-tivopermiso.

Anexarlossiguientesdatosdelautor:

NombreDirecciónTeléfonoDirecciónElectrónicaProfesiónActividadEntidadoEmpresadondetrabajaCargoquedesempeña

Remitira:REVISTAINGENIERIAHOY

FACULTADDEINGENIERIACIVILUNIVERSIDADDELCAUCA

Calle5No.4-70POPAYÁN,COLOMBIA

RevistaIngenieríaHoyTeléfonos8209821-8209800Ext2202

Fax8234119e-mail:[email protected]

Popayán,Colombia

edicion numero 31 año 2010

Documents